一、实验名称
分析TCP特性
二、实验目的
1. 掌握使用Wireshark分析俘获TCP踪迹文件的基本技能；
2. 深刻理解TCP重要的工作机理和过程。
三、实验内容和要求
1. 本机与远程服务器的TCP踪迹文件；
2. 熟悉TCP踪迹文件；
3. 分析TCP序号、确认号和流量控制工作过程；
4. 分析TCP拥塞控制机理。
四、实验环境
1．运行Windows10操作系统的PC一台
2．PC通过WLAN连接校园网；或者具有适合的踪迹文件
3．每台PC运行程序协议分析仪WireShark
五、操作方法和实验具体步骤（需截图）
3. 实验步骤
1)俘获本机与远程服务器的TCP踪迹文件
在开始研究TCP工作机制之前，需要使用Wireshark来俘获从本机到远程服务器之间的
TCP踪迹文件。为此，可以从本机浏览器打开某Web网站上的网页，用HTTP协议下载包
括文本文件在内的对象。与此同时，在本机上运行Wireshark俘获本机收发的TCP报文段并
存入踪迹文件tcp.cap中。为了便于比较，可以从因特网上下载现成的踪迹文件进行分析，
相关URL是http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/wireshark-traces.zip。
2)熟悉TCP踪迹文件
打开wireshark，开始捕获报文，使用过滤器过滤出TCP报文选择一个报文，观察其各层次协议间的包含关系。观察HTTP与TCP之间关系是如何体现的？从俘获报文列表窗口右侧，可以发现发起三次握手的SYN报文，也可以发现一系列交互的HTTP报文。
图1
回答下列问题：
(1) 传输文件的源主机所使用IP地址和端口号是什么？
答：源主机IP地址：192.168.43.125
源主机端口号：52082
(2) 服务器所使用IP地址和端口号是什么？
答：服务器IP地址：39.106.226.142
服务器端口号：443
(3) 前6个TCP报文段的每个长度各为多长？
答：66、66、54、54、1514、54
3)分析TCP序列/应答编号和流量控制
为分析TCP序号和确认号，可以从分组列表中观察，也可以点击“统计/流量图”，出现如图所示的本机与服务器之间的图分析结果。
图2
观察该图，回答下列问题：
(4) 用于发起与服务器TCP连接的TCP SYN报文段的序号是多少？在该报文段中标识
其为SYN报文段的标志是什么？
答：序号：Seq=0
通过查看图二中第一行，点击第一行报文，可以识别连接建立时的SYN报文；字段中SYN为1，表明了这是一个SYN报文。
图3
(5) 服务器应答上述TCP SYN报文段的SYN ACK报文段的序号是什么？在该SYN
ACK报文段的ACK应答字段中的值是多少？服务器是怎样确定这个ACK值的？在该报文
段中标识其作为SYN ACK报文段的标志是什么？
答：序号：Seq=0
应答：Ack=1
服务器将上一次接收到报文的seq+1得到Ack的值
标志位：Flags=0x012
(6) 接收方的ACK报文应答的数据一般为多长？如何确定接收方是对哪个报文段进行
应答的？
答：一般为1460bytes。
TCP的报文到达确认，是对接到的数据的最高序列号的确认，并向发送端返回一个下次接受时期望的TCP数据包的序列号。
(7) 观察TCP SYN报文段达到的时间以及SYN ACK报文段回复的时间，它们与后继请求和应答报文对之间的时间差一样吗？
答：不一样。
(8) 接收方通常的可用缓存的量是一样大的吗？最小量是多少？出现了为抑制发送方
而减少接收缓存空间的情况吗？
答：不一样大。
最小的缓存空间是5084个字节。
在接收缓存达到最大的值17520字节之前接收窗口大小稳定增长。发送方不会因为接受缓存空间不足而受到影响。
(9) 在踪迹文件中有重传报文段吗？如何检查是否出现了这种情况？
答：没有，从图2中可以看出从源端发往目的地的序号逐渐增加，如果这其中有重传的报文段，则其序号中应该有小于其临近的分组序号的分组，图中未看到这样的分组，故没有重发片段。
(10) 对该TCP连接，吞吐量是多大？解释计算所使用的方法。
答：TCP吞吐量是指在一定时间内传输的字节量。
本次实验中总传输时间为2.029475-1.607262=0.422213秒，传输数据为第一个序列号和最后的序列号的ACK 之间的差值，为5995-1=5994。因此TCP的吞吐量为5994/0.422213=14.197kb/s。
4)分析应用层内容
本实验中的应用层是HTTP，该协议的可靠传输基于TCP得到的。通过分析TCP报文
序列可以得到HTTP传输的内容。为此，点击TCP三次握手之间的第4号报文，发现它是
一条从本机向服务器发送HTTP POST命令的报文，请求Web服务器发送特定的页面对象。
对于后继报文，也可以发现以ASCII明文发送的应用层内容。
对于分析应用层内容，Wireshark提供了一个很好的工具。点击“分析/追踪流/TCP流”，可打开如图4所示界面，显示了该TCP流的应用层相关信息。
图4
(11) 分析一下HTTP传输的是大约什么内容？
答：看一下基本是乱码；大体能看出，是http1.1协议；是本机和CSDN的一个网址通信的情况。
(12) 如果Web页面传输的是图片或视频对象，会出现什么情况？
答：会出现传输失败。
5)分析TCP拥塞控制
前面实验已经为你用Wireshark分析报文序列打下了有用的基础。应当说它是一件枯燥
(尽管十分有用)的工作，下面使用Wireshark提供的分析大量TCP报文时的图形工具。
点击“统计/TCP流图形/吞吐量”，得到如图5所示的界面。图中的每个点表示在某时刻该TCP连接的吞吐量。
图5
(13) 根据图43分析的吞吐量分布曲线，解释哪部分对应的是TCP慢启动阶段和拥塞避
免阶段。
答：0-0.1s慢启动，0.3s内拥塞避免阶段。
(14) 图示曲线是否与课文中的理论分析曲线一致？为什么？
答：不一致。因为本次实验中测试时间较短，没有形成完整的拥塞避免算法。
六、实验心得体会（或者所遇疑难问题解决方案）
TCP：传输控制协议
TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
面向连接： 面向连接意味着使用tcp的应用程序在传输数据前必须先建立连接，就如打电话一样，要先进行拨号，等待对方响应才能开始说话。
可靠性：TCP协议通过下列方式来提高可靠性： 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。这和UDP完全不同，应用程序产生的数据报长度将保持不变。由TCP传递给I P的信息单位称为报文段或段
当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。
TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发送端超时并重发）。
既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。
既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据。
TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
字节流：两个应用程序通过TCP连接交换8 bit字节构成的字节流
另外，TCP对字节流的内容不作任何解释。TCP不知道传输的数据字节流是二进制数据，还是ASCII字符或者其他类型数据。对字节流的解释由TCP连接双方的应用层解释。
TCP首部格式
TCP数据是被封装在IP数据包中的，和UDP类似，在IP数据包的数据部分。TCP数据包的格式如下：
源端口号和目的端口号与UDP中类似，用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一确定一个TCP连接，在网络编程中，一般一个IP地址和一个端口号组合称为一个套接字（socket）。
序号：用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的的第一个数据字节。在tcp中tcp用序号对每个字节进行计数（这个值与发送的帧数没有关系，而是与发送的数据字节数有关系，后面会有说明）。
确认序号：包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加 1（不是单纯的序号加1，还包括数据字节数）。
首部长度：用于记录tcp数据报首部的长度，一般为20字节，实际值为首部长度除以4。
URG： 紧急指针（ urgent pointer）有效。
ACK： 确认序号有效。
PSH： 接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。
RST： 重建连接。
SYN： 同步序号用来发起一个连接。
FIN： 发端完成发送任务。
窗口大小：用于流量控制。
检验和：检验和覆盖了整个的 TCP报文段： TCP首部和TCP数据，与udp相似需要计算伪首部。
本次实验我掌握了使用Wireshark分析俘获TCP踪迹文件的基本技能，利用wireshark获取了本机与远程服务器的TCP踪迹文件加以分析，熟悉了TCP踪迹文件里面的内容，分析了TCP序号、确认号和流量控制工作过程，了解了TCP拥塞控制机理。
