传输控制协议(tcp)原理的动画演示

【摘要】运用现代化的教学手段是教育现代化的体现，是社会发展的必然趋势。近几年来随着计算机运用普及，计算机辅助教学（CAI）正在被越来越多的教育工作者所接受。本文首先介绍了计算机辅助教学的背景及发展，这样可以先让读者对计算机辅助教学有个大体了解。然后针对计算机辅助教学的特点本文首先介绍了TCP协议的具体内容以及中间所用到的动画演示。最后介绍的是在制作flash过程中所用到的关键技术和感受。动画演示的TCP的连接释放过程就能充分体现CAI在教学中的优点。

【关键词】图层，帧

计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction 简称CAI）指的是应用计算机作为教学的辅助手段，通过学习者与计算机交互作用完成教学过程。CAI构成了一种个别化学习环境，让学习者利用计算机的特点和优势，通过与计算机的交互，完成某一具体课程的学习。作为一种教学媒体，计算机可以起到与其它传播媒体一样的呈现知识、给予反馈等作用，但是由于其有着存贮、处理信息、工作自动化等功能，因此计算机辅助教学（CAI）具有如下特点：

（1）大容量的非顺序式信息呈现。计算机可存贮相当丰富的信息量，可包括一门课程或与某个对象有关的全部知识。学习者既可以浏览所有知识，也可以按需要获取其中任意所感兴趣的一部分，而不仅是按顺序阅读，或是按教师所给出的那一部分。

（2）学生可以控制学习内容和学习进度。通常的CAI系统都允许学生选择学习内容，也设置一些同步措施，仅当学生学习了前一部分知识后才进入下一步的学习。这样，学生的学习进展不受时间与地点的限制，可以取得最佳的学习速度。

（3）实现因人施教的教学原则和及时反馈原则。CAI系统可通过提问、判断、转移等交互活动，分析学生的能力和学习状况，调节学习过程，实现因人施教的教学原则和及时反馈原则。

（4）学生在CAI活动中处于一种积极、主动的精神状态。因为教学进度由学生控制和连续的提问-反馈或是操作一反应刺激等交互活动，学生在CAI活动中处于一种积极、主动的精神状态，不象被动受教时那么容易疲劳和受干扰，从而可以取得较好的教学效果。

（5）网络技术使CAI可获得群体的支持。目前的网络技术使CAI可获得群体的支持，解决个别化学习与群体学习的矛盾。

CAI活动的效果受教师态度的影响。实验证明，CAI活动的效果受教师态度的影响，积极推广CAI的教师所用CAI的教学效果好，反之亦然。

在过去的几年里，CAI的发展速度是超出人们想象的。就全国来言，大量的学校、部门、公司、企业，以各自不同的目的，带着极大的热情投入到CAI的开拓当中，并以各自不同的优势推动着CAI向前迅猛地发展，目前，已经形成了以下几个发展趋势：

1.多媒体技术的采用使CAI手段更加丰富。多媒体教学系统是一种以计算机为中心，处理、控制各种教学媒体综合进行教学活动的系统，它既具有各种教学媒体的特点和优势，又发挥了以计算机为核心的控制作用，因此他具有多重感观刺激，传输信息量大，易于接受，人机交互性强，操作简单等特点。它既是CAI发展方向，也是现代教育发展的方向，所以引起了各方人士高度的重视。

2.计算机生产技术的进步，存贮成本的降低， 使大量的存贮信息成为可能。目前，一方面硬盘的价格大幅度的降低，另一方面CD-ROM光盘的大量使用，使得存贮容量不再是问题。图形、动画、音像等各种素材得以大量存储和自由调用。这也为多媒体教学系统打下了良好的物质基础。

3.网络技术在教学领域的采用，使教学的观念发生了质的变化

4.平台软件为CAI软件制作提供了方便的开发工具。目前CAI领域中的一项重大事件是工具平台的使用。由于计算机技术的迅速发展，其功能不断加强，操作却越来越简便和易于掌握。这不但使非计算机专业人员编制CAI软件成为现实，而且使CAI软件实现了多媒体技术。

5.微机操作的窗口化。新一代的操作系统（平台）已经朝着直观、易懂的窗口化方向发展，以图标管理代替文件管理，以图标形状代替操作信息，以鼠标指点代替键盘操作方法。这为进一步普及微机应用提供了基础。

传输控制协议（Transmission Control Protocol TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议，通常由IETF的RFC 793说明。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成运输层所指定的功能。在因特网协议族中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。

TCP原理的特点和功能如下：

（1）面向连接的服务。对保证数据流传输可靠性十分重要。

（2）高可靠性：方法：确认与超时重传。

（3）全双工通信

（4）支持流传输：流传输 无报文丢失、重复、乱序的正确数据报文序列；

（5）传输连接的可靠建立与释放：3次握手

（6）提供流量控制与拥塞控制

TCP协议的功能

（1）保证传输的可靠性。TCP协议是面向连接的。所谓连接，是指在进行通信之前，通信双方必须建立连接才能进行通信，而在通信结束后终止其连接。相对于面向无连接的IP协议而言，TCP协议具有高度的可靠性。当目的主机接收到由源主机发来的IP包后，目的主机将向源主机回送一个确认消息，这是依靠目的主机的TCP协议来完成的。

TCP协议中有一个重传记时器（RTO），当源主机发送IP包即开始记时需要说明的是，TCP协议所建立的连接是端到端的连接，即源主机与目的主机间的连接。internet中每个转接节点（路由器）对TCP协议段透明传输。

总之，IP协议不提供差错报告和差错纠正机制，而TCP协议向应用层提供了面向连接的服务，以确保网络上所传送的数据包被完整、正确、可靠地接收。一旦数据有损伤或丢失，则由TCP协议负责重传，应用层不参与解决。

（2）提供部分应用层信息的功能。在TCP协议之上是应用层协议（如FTP、SMTP、TELNET等），最终需依靠它们实现主机间的通信。TCP协议携带了部分应用层信息，可用来区别同一报文数据流的一组IP包及其性质。

TCP协议对这些应用层协议规定了整数标志符，称为端口序号。被规定的端口序号成为保留端口，其值在0～1 023范围内（如端口序号23，用于远程终端服务）。此外还有自由端口序号，供个人程序使用，或者用来区分两台主机间相同应用层协议的多个通信，即两台主机间复用多个用户会话连接。

进行通信的每台主机的每个用户会话连接都有一个插口序号，它由主机的IP地址和端口序号组成。在internet中插口序号是惟一的，一对插口序号惟一地标识了一个端口的连接（发端插口序号=源主机IP地址+源端口序号，收端插口序号=目的主机IP地址+目的端口序号）。利用插口序号可在目的主机中区分不同源主机对同一个目的主机相同端口序号的多个用户会话连接。

在TCP协议段的头部各域中具有码位项。其中，SYN码位为应用数据流的开始位（当SYN置1，表示该IP数据包为某一应用报文的第一份数据包），FIN码位为应用数据流的结束位（当FIN置1时，表示此时数据包为某应用报文的最后一份数据包）。因此可利用SYN/FIN两个码位来规定某一应用报文（或某一应用数据流）的开始与结束。

TCP协议就是利用端口序号和SYN/FIN码位来区分应用数据流并判断其性质的，从而使具有四层功能的高端路由器具有某些对应用数据流的控制功能。

TCP协议只定义了一种报文格式，建立、拆除连接、传输数据使用同样的报文

1.传输连接的建立

TCP是面向连接的协议，运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程

运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。

在连接建立过程中要解决以下三个问题：（1）要使每一方能够确知对方的存在；（2）要允许双方协商一些参数（如，最大报文段长度，最大窗口大小，服务质量等）；（3）能够对运输实体资源（如缓冲区大小，连接表中的项目等）进行分配

2.TCP的传输连接管理――三次握手技术。（1）TCP连接的建立采用客户/服务器方式。（2）为了确保连接的建立和释放都是可靠的，TCP使用三次握手的方式，其中交换了三个报文。（3）已证明三次握手是在分组丢失、重复和延迟的情况下确保非模糊协定的充要条件。

3.为何使用三次握手

当客户端发送一连接请求报文段，没有收到服务器端的确认，认为丢失。客户端再重传一次，得到确认，传输数据，释放连接。

然而，客户端第一个请求报文段并没有丢失，而是延时到这次连接、数据传输、释放连接后才到达服务器端。服务器端认为又一次新的连接，向客户端发一确认。客户端由于并没有发起新的连接，不会发送数据，服务器端会一直等待，造成资源浪费。

3. TCP的流量控制。

（1）TCP采用可变发送窗口的技术进行流量控制，窗口大小的单位是字节。

（2）在TCP报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前设定的接收窗口数值。

（3）发送窗口在连接建立时由双方商定，在通信过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态地调整自己的接收窗口，并且告诉对方，使对方的发送窗口和自己的接收窗口一致。

说明：（1）发送端要发送的数据共9个报文段，每个报文符长100字节，共900个字节；（2）而接收端允许的发送窗口为500字节；（3）在当前情况下，发送方可连续发送5个报文段，而不必收到确认，（已发送了二个，还可发送三个报文符）；

4. TCP差错控制

差错控制包括检测受到损伤的报文段、丢失的报文段、失序的报文段和重复的报文段，以及检测出错后纠正差错的机制。差错检测三种工具：检验和、确认和超时。对各种出错报文段的处理：传输出错报文段（重传计时器）；丢失报文段（重传计时器）；重复报文段（报文序号）；乱序报文段（对乱序报文段不确认，直到收到所有它以前的报文段为止。）；确认丢失（累计确认）

本文主要是从计算机辅助教学入手，从TCP原理演示来具体生动地介绍CAI的特点.全文全面地介绍了TCP协议，又通过动画具体演示了TCP的连接和释放过程，能够生动地帮助学生理解TCP协议。从而具体体现了计算机辅助教学的优点。

计算机辅助教学与传统的教学方式相比较确实具有很多的优势。传统的教学以课堂集体教学为基础，这种教学通常以教师为中心，学生往往处于被动地位，其学习积极性难以调动。教师参照全班学生的平均水平和教学计划确定教学进度并向学生提供反馈信息，忽视、较少注意或难于注意学生的个别差异。对于家庭作业，尽管教师能逐个学生加以批阅，但反馈信息不够及时，有时学生几天后才能得到教师批改过的作业，而这时学生又去顾及新的知识。然而计算机辅助教学相对于教师的传统教学也有其固有的不足之处，比如真实性问题，虽然呈现给学生的信息可以是丰富多采的，但这些都是间接经验，是别人做好让学生看和听的，甚至有的信息的真实性会受到怀疑。还有其它的不足之处，这需要从事教育工作者的合理运用。

参考文献：

[1]吴功宜，《计算机网络》，清华大学出版社

[2]谢希仁，《计算机网络》，电子工业出版社

[3]肖秀金、陈霄峰，《网页设计培训教程》，地质出版社

[4]BehrouzA.Forouzan，Sophia Chung Fegan ，《TCP/IP协议族》，清华大学出版社

[5]吕军 ，《计算机网络》，高等教育出版社

[6]熊桂嘉等译，《计算机网络》，清华大学出版社