實(shí)驗(yàn)6分析TCP特性物有所值

..一、實(shí)驗(yàn)名稱分析TCP特性二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握使用Wireshark分析俘獲TCP蹤跡文件的根本技能；2.深刻理解TCP重要的工作機(jī)理和過(guò)程：利用序號(hào)和確認(rèn)號(hào)實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，TCP擁塞控制算法(慢啟動(dòng)和擁塞防止)，接收方通告的流量控制。三、實(shí)驗(yàn)容和要求1.本機(jī)與遠(yuǎn)程效勞器的TCP蹤跡文件；2.熟悉TCP蹤跡文件；3.分析ＴＣＰ序號(hào)、確認(rèn)號(hào)和流量控制工作過(guò)程；４.分析應(yīng)用層容；５.分析ＴＣＰ擁塞控制機(jī)理。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)境1)運(yùn)行Windows8.1操作系統(tǒng)的PC一臺(tái)。2)PC具有以太網(wǎng)卡一塊，通過(guò)雙絞線與校園網(wǎng)相連；或者具有適合的蹤跡文件。3)每臺(tái)PC運(yùn)行程序協(xié)議分析儀Wireshark。五、操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟1)俘獲本機(jī)與遠(yuǎn)程效勞器的TCP蹤跡文件在開場(chǎng)研究TCP工作機(jī)制之前，需要使用Wireshark來(lái)俘獲從本機(jī)到遠(yuǎn)程效勞器之間的TCP蹤跡文件。為此，可以從本機(jī)瀏覽器翻開某Web上的網(wǎng)頁(yè)，用HTTP協(xié)議下載包括文本文件在的對(duì)象。與此同時(shí)，在本機(jī)上運(yùn)行Wireshark俘獲本機(jī)收發(fā)的TCP報(bào)文段并存入蹤跡文件tcp.cap中。為了便于比擬，可以從因特網(wǎng)上下載現(xiàn)成的蹤跡文件進(jìn)展分析，相關(guān)URL是。2)熟悉TCP蹤跡文件翻開tcp-ethereal-trace-1.pcap文件，可以看到俘獲機(jī)器與的Web效勞器之間交互的TCP和HTPP報(bào)文序列(參見圖55)。選擇一個(gè)報(bào)文，觀察其各層次協(xié)議間的包含關(guān)系。觀察HTTP與TCP之間關(guān)系是如何表達(dá)的？從俘獲報(bào)文列表窗口右側(cè)，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)起三次握手的SYN報(bào)文，也可以發(fā)現(xiàn)一系列交互的HTTP報(bào)文。答復(fù)以下問題：(1)與傳輸文件的源主機(jī)所使用IP地址和端口號(hào)是什么？答：IP地址為；端口號(hào)是1161(2)效勞器所使用IP地址和端口號(hào)是什么？答：IP地址為；端口號(hào)是80(3)前6個(gè)TCP報(bào)文段的每個(gè)長(zhǎng)度各為多長(zhǎng)？答：長(zhǎng)度各為：62、62、54、619、1514、60〔字節(jié)〕。圖55分析TCP蹤跡文件3)分析TCP序列/應(yīng)答編號(hào)和流量控制為分析TCP序號(hào)和確認(rèn)號(hào)，可以從分組列表中觀察，也可以點(diǎn)擊"Statitics/FlowGraph〞，出現(xiàn)如圖56所示的本機(jī)與效勞器之間的圖分析結(jié)果。觀察該圖，答復(fù)以下問題：(4)用于發(fā)起與效勞器TCP連接的TCPSYN報(bào)文段的序號(hào)是多少？在該報(bào)文段中標(biāo)識(shí)其為SYN報(bào)文段的標(biāo)志是什么？答：序號(hào)是0；通過(guò)查看圖標(biāo)中的中間綠色行，點(diǎn)顯示SYN的箭頭，可以識(shí)別連接建立時(shí)的SYN報(bào)文；字段中ＳＹＮ為１，說(shuō)明了這是一個(gè)ＳＹＮ報(bào)文段。(5)效勞器應(yīng)答上述TCPSYN報(bào)文段的SYNACK報(bào)文段的序號(hào)是什么？在該SYNACK報(bào)文段的ACK應(yīng)答字段中的值是多少？效勞器是怎樣確定這個(gè)ACK值的？在該報(bào)文段中標(biāo)識(shí)其作為SYNACK報(bào)文段的標(biāo)志是什么？答：序號(hào)是Seq=0；ACK=1，其等于SYN報(bào)文段中的值為求１，標(biāo)志位是Flags=0x012(6)接收方的ACK報(bào)文應(yīng)答的數(shù)據(jù)一般為多長(zhǎng)？如何確定接收方是對(duì)哪個(gè)報(bào)文段進(jìn)展應(yīng)答的？答：一般為1460bytes。TCP的報(bào)文到達(dá)確認(rèn)〔ACK〕，是對(duì)接到的數(shù)據(jù)的最高序列號(hào)確實(shí)認(rèn)，并向發(fā)送端返回一個(gè)下次承受時(shí)期望的TCP數(shù)據(jù)包的序列號(hào)〔ACKNumber〕。(7)觀察TCPSYN報(bào)文段到達(dá)的時(shí)間以及SYNACK報(bào)文段回復(fù)的時(shí)間。它們與后繼請(qǐng)求和應(yīng)答報(bào)文對(duì)之間的時(shí)間差一樣嗎？答：不一樣。(8)接收方通常的可用緩存的量是一樣大的嗎？最小量是多少？出現(xiàn)了為抑制發(fā)送方而減少接收緩存空間的情況嗎？答：在整個(gè)路徑中接收端的可能最小的緩存空間是5084個(gè)字節(jié)，顯示了效勞器發(fā)送的第一個(gè)確認(rèn)的大小。在接收緩存到達(dá)最大的值17520字節(jié)之前接收窗口大小穩(wěn)定增長(zhǎng)。發(fā)送方不會(huì)因?yàn)槌惺芫彺婵臻g缺乏而受到影響。(9)在蹤跡文件中有重傳報(bào)文段嗎？如何檢查是否出現(xiàn)了這種情況？答：沒有，從表中可以看出從源端發(fā)往目的地的序號(hào)逐漸增加，如果這其中有重傳的報(bào)文段，那么其序號(hào)中應(yīng)該有小于其臨近的分組序號(hào)的分組，圖中未看到這樣的分組，故沒有重發(fā)片段。(10)對(duì)該TCP連接，吞吐量是多大？解釋計(jì)算所使用的方法。答：TCP吞吐量計(jì)算很大程度上取決于所選容的平均時(shí)間。作為一個(gè)普通的吞吐量計(jì)算，在這問題上，選擇整個(gè)連接的時(shí)間作為平均時(shí)間段。然后，此TCP連接的平均吞吐量為總的傳輸數(shù)據(jù)與總傳輸時(shí)間的比值。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量為TCP段第一個(gè)序列號(hào)〔即第4段的1字節(jié)〕和最后的序列號(hào)的ACK〔第201段的164041個(gè)字節(jié)〕之間的差值。因此，總數(shù)是164041-1=164040字節(jié)。整個(gè)傳輸時(shí)間是第一個(gè)TCP段〔即4號(hào)段0.026477秒〕的時(shí)間和最后的ACK〔即第201段5.447887秒)時(shí)間的差值。因此，總傳輸時(shí)間是5.447887-0.026477=5.42141秒。因此，TCP連接的吞吐量為164040/5.42141=30.257KByte/s。圖56TCP流圖分析4)分析應(yīng)用層容圖60FollowTCPStream界面本實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用層是HTTP，該協(xié)議的可靠傳輸基于TCP得到的。通過(guò)分析TCP報(bào)文序列可以得到HTTP傳輸?shù)娜?。為此，點(diǎn)擊TCP三次握手之間的第4號(hào)報(bào)文，發(fā)現(xiàn)它是一條從本機(jī)向效勞器發(fā)送HTTPPOST命令的報(bào)文，請(qǐng)求Web效勞器發(fā)送特定的頁(yè)面對(duì)象。對(duì)于后繼報(bào)文，也可以發(fā)現(xiàn)以ASCII明文發(fā)送的應(yīng)用層容。對(duì)于分析應(yīng)用層容，Wireshark提供了一個(gè)很好的工具。點(diǎn)擊"Analyze/FollowTCPStream〞，可翻開如圖60所示界面，顯示了該TCP流的應(yīng)用層相關(guān)信息。(11)分析一下HTTP傳輸?shù)氖谴蠹s什么容？答：是一本書，"愛麗絲夢(mèng)游仙境"〔Alice'sAdventuresinWonderland〕。(12)如果Web頁(yè)面?zhèn)鬏數(shù)氖菆D片或視頻對(duì)象，會(huì)出現(xiàn)什么情況？答：會(huì)出現(xiàn)傳輸失敗。5)分析TCP擁塞控制前面實(shí)驗(yàn)已經(jīng)為你用Wireshark分析報(bào)文序列打下了有用的根底。應(yīng)當(dāng)說(shuō)它是一件枯燥(盡管十分有用)的工作，下面使用Wireshark提供的分析大量TCP報(bào)文時(shí)的圖形工具。點(diǎn)擊"Statistics/TCPStreamGraph/ThroughputGragh)〞，得到如圖61所示的界面。圖中的每個(gè)點(diǎn)表示在某時(shí)刻該TCP連接的吞吐量。圖61分析TCP序列吞吐量的時(shí)序圖(13)根據(jù)圖43分析的吞吐量分布曲線，解釋哪局部對(duì)應(yīng)的是TCP慢啟動(dòng)階段和擁塞避免階段。答：0-0.1s慢啟動(dòng)，0.3s擁塞防止.(14)圖示曲線是否與課文中的理論分析曲線一致？為什么？答：不一致。因?yàn)閳D示的曲線中的坐標(biāo)單位與課本中的坐標(biāo)單位不一致。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和結(jié)果分析1)傳輸控制協(xié)議報(bào)文段構(gòu)造。TCP(TransmissionControlProtocol，TCP)[RFC793]是TCP/IP體系中面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議，它提供全雙工的和可靠交付的效勞。TCP報(bào)文段構(gòu)造如圖62所示。TCP與UDP最大的區(qū)別就是TCP是面向連接的，而UDP是無(wú)連接的。2)TCP擁塞控制算法。通常包括3個(gè)主要局部：(1)加性增(additive-increase)，乘性減(multiplicative-decrease)，即每發(fā)生一次喪失事件時(shí)就將當(dāng)前的擁塞窗口CongWin值減半，每當(dāng)它收到一個(gè)ACK后就把CongWin增加一個(gè)MSS(最大報(bào)文段長(zhǎng))。(2)慢啟動(dòng)(slowstart)，即TCP發(fā)送方在初始階段不是線性地增加其發(fā)送速率，而是以指數(shù)的速度增加，即每過(guò)一個(gè)RTT將CongWin值翻倍，直到發(fā)生一個(gè)丟包事件為止，此時(shí)CongWin將被降為一半，然后就會(huì)像上面所講的那樣線性地增長(zhǎng)。(3)對(duì)超時(shí)事件作出反響。對(duì)于收到3個(gè)冗余ACK后，TCP將擁塞窗口減小一半，然后線性地增長(zhǎng)。但是超時(shí)事件發(fā)生時(shí)，TCP發(fā)送方進(jìn)入一個(gè)慢啟動(dòng)階段，即它將擁塞窗口設(shè)置為1MSS，然后窗口長(zhǎng)度以指數(shù)速度增長(zhǎng)。擁塞窗口持續(xù)以指數(shù)速度增長(zhǎng)，直到CongWin到達(dá)超時(shí)事件前窗口值的一半為止。此后，CongWin以線性速度增長(zhǎng)，就像收到3個(gè)冗余ACK一樣動(dòng)作。圖62TCP報(bào)文段構(gòu)造七、實(shí)驗(yàn)體會(huì)、質(zhì)疑和建議體會(huì)：通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)掌握使用Wireshark分析俘獲TCP蹤跡文件的根本技能；深刻理解TCP重要的工作機(jī)理和過(guò)程：利用序號(hào)和確認(rèn)號(hào)實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，TCP擁塞控制算法(慢啟動(dòng)和擁塞防止)，接收方通告的流量控制。TCP是因特網(wǎng)中最主要的運(yùn)輸層協(xié)議，它能夠在兩個(gè)應(yīng)用程序之間提供可靠的、有序的數(shù)據(jù)流傳輸，能夠檢測(cè)在傳輸過(guò)程中分組是否喪失、失序和改變，并利用重傳機(jī)制保證分組可靠地傳輸?shù)浇邮辗?/p>