谈计算机网络TCP协议的仿真与实现

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了谈计算机网络TCP协议的仿真与实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A

谈计算机网络TCP协议的仿真与实现

　　TCP是计算机网络中运输层协议，连接着应用层和网络层，发挥着非常关键的作用。那么，计算机网络TCP协议的仿真与实现是?

　　作为计算机网络中较为重要的一种运输层协议，TCP连接着应用层和网络层，发挥着非常关键的作用。在TCP/IP协议中，我们重点关注TCP。本文主要立足于TCP协议的特点，详细介绍了TCP协议的主要特性。

　　一、TCP协议的概述

　　(一) TCP协议的特点

　　首先，TCP提供的连接服务稳定性有保证。相关的连接有着和打电弧相似的建立过程。先拨电话号码，当对方接通回复“喂”的时候，再告知对方自己是谁，完成任务后释放;其次，TCP提供连接必须是只针对两个客户端，也就是实现一对一的传输;最后，TCP提供全双工通信。这个特点就是保证通信的两端在使用TCP的时候可以随时通信，这样就可以及时传输数据。

　　(二) TCP端口号和套接字地址

　　TCP端口号：端口号只能对计算机中的进程进行标记，一般使用两个字节来完成标记工作，这也就是端口号的本地意义。当端口号并不是我们熟悉的状况时，要使用数值为1024～49151的等记端口号，使用的过程中要在UANA上登记，避免中间重复使用。无连接的UDP和TCP也有着自己的端口号，但是两个端口号彼此之间是相互独立的，各自有着不同的用途。套接字地址：CP中的套接字，一般在表达的过程中会用同一个名词表达不一样的含义。也就是说，当套接字被一个程序使用，那么socket函数中使用的函数以及调用它的端口都会叫做scocket。当紧急URG给系统发出有关紧急数据传输的通知时，相关的紧急数据应该作为优先级任务，尽快被传送。

　　二、 TCP的连接与释放

　　(一)建立连接

　　全双工是TCP传输数据的主要方式，在整个过程中有三次握手的方式来完成对该项目的建立，并且TCP的连接和释放都是使用客户—服务器方式，连接的建立也是从服务器开始。首先将SYN设置为1，然后将数据包头部的那个确认字段设置为x+1，接下来将最开始的序列号放在数据包头部的数列中。当这个链接的数据段被接受之后，那么相应的数据段就会被送到缓冲区，同时，服务器也能够及时收到客户端从另外一边发来的数据段，最后完成相关输出的确认。

　　(二) TCP的连接释放

　　TCP传输数据的\'主要方式是全双工，因此，数据传输结束后，所有的连接都会被释放，并且每个连接的释放都是单个放行的。首先，当被A发送的数据能够到达B，为了杜绝失效的报文段在文本中存在，最后一个一个ACK被发送完后，相关的环节就会处理。这种办法就能够及时高效地处理掉连接过程中请求报文段的问题。

　　(三) TCP的连接复位

　　一般情况下，有三种情况需要复位。首先，当TCP连接的端口并不存在时，另一端TCP就能发送一个报文段，这时需要关闭相关的连接;其次，如果一端的TCP出现一些异常情况，那么就可以通过发送复位来终止连接;最后一种情况是，当一端的TCP长时间没有使用，那么就可以发送复位信息报，将其关闭。

　　(四) TCP拥塞控制

　　TCP的拥塞控制是TCP工作中存在的一种现实问题，会对整个工作造成一定程度的影响，因此，必须针对这种情况进行改进。首先，慢启动和拥塞避免。TCP用来发送数据是慢启动和拥塞避免算法展开的依据，这种算法的实现必须通过在TCP中增加两个变量;其次，快恢复和快重传。这种主要是针对发送端展开的，多种网络会导致端口查收到重复ACK，因此，应该找到事故原因，及时处理。

　　三、TCP的仿真实验

　　(一)仿真实验的设置

　　我们都知道TCP是有链接的可靠的传输层协议，所以在传输运用过程中也会出现错误。下面我们通过以下仿真实验，来了解TCP在传输FTP文件时一数据报丢失的情况，来详细分析下这一解决过程。

　　我们用OPNET来做TCP的仿真实验，这只是在一个比较简单的环境下在做关于TCP的仿真实验，测试出数据图通过分析和比较来观察TCP处理数据丢失包的具体工作原理和过程。选择“结果- - > >安排Pannels显示所有“查看保存结果。

　　顶部多媒体的快速decovery conquestion窗口由于“TCP雷诺”，在重新传输。这个conquestion窗口只是减少了一半，而不是1MSS，从而快速恢复。graphe的底部显示了发送之间的关系序列号码和收到seqment ack服务器上的数量。服务器故意把一个数据包给丢失，这时客户服务器就会发出三个ACK，会被重新发送。

　　这时把FTP的Command Mix的值设置为100%，把Inter-Requests设置为constant 3600，把File Size设置为FTP，把Server，type of serveice值设置为best effort，把RSVP parameters值设置为 None;用NotUsed来设置Back-End Custom Application值。

　　(二)仿真实验的过程

　　针对TCP数据传输开始时，拥塞窗口设置为最大的MSS值，慢启动算法开始，cwnd被设置为200，那么400，800，1600.......以103S，拥塞窗口达到6500的最大阈值，为了不让拥塞窗口将不会太增加网络阻塞引起的，然后执行拥塞避免算法，每一个RTT，拥塞窗口将增加一个单位，然后在107s当FTP数据包丢失，然后进行处理，拥塞窗口的值下降，TCP协议在慢启动和拥塞避免算法的实现，窗口的大小增长将呈现线性增长。设置最大窗口阈值，根据3响应消息重复判断丢包，重传丢失的数据包和直接的阈值，为当前拥塞窗口6500的一半，这是快速重传(Tahoe)，然后转移到慢启动。然后再转入慢开始。

　　在窗口大小到达大约80000后，应该是收到3个连续ACK，若根据3个重复的应答报文就会知道有没有丢包，而且丢失的分组会被重传，此时的ssthresh的值就为拥塞窗口的一半，这样就进入了进入拥塞避免阶段。

　　(三)仿真实验小结

　　用OPNET做TCP的仿真实验，数据包丢失，TCP数据的变化都被形象的描绘出来了，很好的诠释了这一失误和改正过程。为TCP以后出错改正做了很好的例子。

　　四、结语

　　综上所述，网络普及的这个时代，让我们不断地认识到了计算机网络的重要性，学生们也开始越来越重视对TCP的研究。在简单的OSI体系中，TCP发挥着较为重要的作用，因此，我们必须深入研究其工作原理，便于在运输层中顺利地运用TCP协议。

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TCP/IP

TCP/IP模型

应用层

  • Telnet FTP LPD SNMP TFTP SMTP NFS X Windows
  1. Telnet：实现终端仿真，远程客户端连接。端口号23
  2. FTP：文件传输协议 同时也是一个程序 ，作为协议 FTP是由应用所使用的，作为程序，FTP是由用户所使用的。实现文件传输。端口号21
  3. TFTP：简单文件传输协议，FTP的简化版。端口号69
  4. NFS :网络文件系统，在两个不同的文件系统之间实现互相操作。例如Windows和Unix之间文件传输。
  5. SMTP：简单邮件传输协议 ，发送电子邮件。
  6. POP/POP3：接收电子邮件，端口号110
  7. SNMP：简单网络管理协议，负责收集并修改重要的网络信息，可以看作网络看守也叫代理，监控网络运作状态，当网络发生异常，代理会向网络管理员告知网络突发事件，如CPU ，内存，温度接口利用率等信息。
  8. SSH（安全壳）：通过标准的TCP/IP建立安全的Telnet会话
  9. HTTP（超文本传输协议）：负责管理WEB网络之间的通信。端口号80
  10. HTTPS（安全超文本协议）
  11. DNS（域名服务）负责解析主机名，端口号53
  12. DHCP（动态主机配置协议/引导协议）负责为主机分配ip地址，简化工作。当主机向DHCP发出请求时，DHCP还可以向他提供以下信息;
  • IP地址
  • 子网掩码
  • 域名
  • 默认网关
  • DNS服务器地址
  • wins服务器地址

传输层

  • TCP      TCP头部长度为20字节，加上可选项字段一共24字节。每个字段的含义如下：
  1. 源端口：发送方主机上，发送数据的应用所使用的端口号
  2. 目的端口：目的主机上，就收数据的应用所使用的端口号
  3. 序列号:TCP使用这个号码将数据正确排列，与之相关的程序叫做序列化。
  4. 确认号：TCP使用这8位号码表面接收方希望接收数据
  5. 头部长度：TCP头部32bit字节，指示数据从哪里开始
  6. 保留字段：总是设置为0
  7. 编码位/标志：用于实现控制功能，建立和终结会话
  8. 窗口：发送方希望使用的窗口大小。以8位组为单位
  9. 校验和 ：CRC校验结果
  10. 紧急
  11. 可选项：
  12. 数据
  • UDP 用户数据报协议
  1. 源端口：发送方主机使用的应用程序端口号码
  2. 目的端口：接收方使用的端口号码
  3. 长度： UDP头部和UDP数据的长度
  4. 校验和：校验和会计算UDP头部和UDP的数据部分
  5. 数据：上层数据

网络层

  • ICMP（互联网络控制消息协议）
  1. 可以为主机提供有关网络问题的信息
  2. 他们被封装在IP数据包中
    1. icmp常见事件和消息
      • Destination Unreacheable 目的地不可达     接收方某个接口down了
      • buffer full/source queue （缓存已满/源端队列） 路由器接收入站数据已满  当拥塞缓解为止
      • Hops/Time Exceeded （跳数/时间超时） 每个数据包有穿越路由器的个数限制 ，也就是跳数，当穿越的路由器达最大值时，最后接收此包的路由器会反馈一条ICMP说跳数超时
      • Ping 数据包网络探测器 用来测试网络物理和逻辑连通性
      • Traceroute （路由跟踪）  使用ICMP超时信息，路由追踪用于发现数据包在网络中传输的路径
  • APR（地址解析协议）
    1. 　　通过已知的IP地址找到主机的硬件地址
  • RARP（反向地址解析协议）  负责将以太网中的MAC地址转化为IP地址。
  • IP（互联网协议）   IP头部由以下信息构成
  1. 版本 IP版本号
  2. 头部长度 32bit
  3. 优先级和服务类型
  4. 总长度 包含头部和数据的数据包总长度
  5. 识别符：
  6. 标志：标志着数据包是否进行分片
  7. 生存时间
  8. 协议
  9. 头部校验 CRC校验
  10. 源IP地址
  11. 目的IP地址
  12. 可选项  用于实现网络测试，调试，安全目的等
  13. 数据 上层网络数据
  14.  
  • ARP（代理）

物理层

  • 以太网 快速以太网 令牌环 FDDI

以上是关于谈计算机网络TCP协议的仿真与实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

浅谈通信网络——TCP层

计算机网络学习：网络协议与标准 （未完）

聊聊网络模型及特点

浅谈网络编程

浅谈TCP/IP

TCP/IP