第七章-传输层new课件.ppt
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- 第七 传输 new 课件
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1、主要内容:主要内容:u 传输层的主要功能传输层的主要功能u 进程的复用和分用进程的复用和分用u UDP协议协议TCP协议协议u 传输层的连接管理传输层的连接管理u 传输层的流量控制传输层的流量控制u 传输层的重传机制传输层的重传机制8.1 传输层的主要功能传输层的主要功能v网络层的主要不足:网络层的主要不足:面向无连接,不可靠面向无连接,不可靠 对数据不检错对数据不检错v传输层是网络层的重要补充:传输层是网络层的重要补充:实现端到端的可靠通信实现端到端的可靠通信实现实现进程的复用和分用进程的复用和分用实现进程管理实现进程管理v运输层只存在于通信子网以外的主机中运输层只存在于通信子网以外的主机中
2、v运输层为应用进程之间提供逻辑通信(收发员),但运输层为应用进程之间提供逻辑通信(收发员),但网络层是为主机之间提供逻辑通信(收发室)网络层是为主机之间提供逻辑通信(收发室).v端口与端口号:端口与端口号:应用层和传输层之间的接口应用层和传输层之间的接口实际上为缓冲区,用实际上为缓冲区,用16bit的端口号进行标识(的端口号进行标识(065535)熟知端口(熟知端口(01023):分配给常用的应用层程序固定:分配给常用的应用层程序固定使用的如使用的如FTP(21),),TELNET(23),),SMTP(25),),DNS(53),),HTTP(80),),SNMP(161)一般端口(一般端口
3、(102465535):用来随时分配给请求通信:用来随时分配给请求通信的客户进程,显然不固定。的客户进程,显然不固定。插口(插口(socket):IP地址端口号,在整个因特网中,地址端口号,在整个因特网中,通信的一对插口必须是唯一的。通信的一对插口必须是唯一的。v利用传输层屏蔽下层的不同利用传输层屏蔽下层的不同 传输层还执行许多其它功能。它的主要作用之一是为传输层还执行许多其它功能。它的主要作用之一是为更高层协议屏蔽下层操作的细节。传输层的目标是在更高层协议屏蔽下层操作的细节。传输层的目标是在源端机和目的主机之间提供源端机和目的主机之间提供可靠或不可靠可靠或不可靠的传输服务,的传输服务,而且由
4、于传输服务独立于网络服务,故可以采用一个而且由于传输服务独立于网络服务,故可以采用一个标准的原语集提供传输服务(不必经过会话层和表示标准的原语集提供传输服务(不必经过会话层和表示层),层),用传输服务原语编写的应用程序能广泛地适用用传输服务原语编写的应用程序能广泛地适用于各种网络。于各种网络。8.2 TCP/IP中的传输层中的传输层v两种不同的协议两种不同的协议 传输层主要提供面向连接的服务,但面向连接的服务传输层主要提供面向连接的服务,但面向连接的服务效率低,尤其对于突发性的短报文通信,所以在效率低,尤其对于突发性的短报文通信,所以在TCP/IP模型中有辅以面向无连接的服务。具体地为:模型中
5、有辅以面向无连接的服务。具体地为:TCP协议协议传输控制协议,面向连接传输控制协议,面向连接 UDP协议协议用户数据报协议,面向无连接用户数据报协议,面向无连接常用的应用层服务(协议)所用的传输层协议常用的应用层服务(协议)所用的传输层协议8.3 UDPUDP协议协议vUDP协议的用途协议的用途(1)发送数据之前不需要建立连接)发送数据之前不需要建立连接(当然发送数据结束当然发送数据结束时也没有连接需要释放时也没有连接需要释放),因而减少了开销和发送数据,因而减少了开销和发送数据之前的时延。之前的时延。(2)UDP没有拥塞控制没有拥塞控制,也不保证可靠交付,因此主机,也不保证可靠交付,因此主机
6、不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。(3)UDP用户数据报只有用户数据报只有8个字节的首部开销,比个字节的首部开销,比TCP的的20个字节的首部要短。个字节的首部要短。(4)由于)由于UDP没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。使源主机的发送速率降低。vUDPUDP格式格式 伪首部:真首部只包含端口号。但在计算检验和时,用的是IP地址端口号。检错方法:IP数据报所用的方法相似即检验和 检验范围:首部数据 差错处理由上层保证,但常常被忽略,所以仅在LAN上工作得很好 无序号(?)可见可见
7、用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP只在只在IPIP的数据报服务之上增的数据报服务之上增加了加了端口的功能端口的功能和和差错检测的功能差错检测的功能,主要应用于选路,主要应用于选路协议协议RIPRIP、网络管理协议、网络管理协议SMTPSMTP等短且可靠性要求不高等短且可靠性要求不高的数据报文的传输。的数据报文的传输。表表8-1 使使 用用U D P 和和T C P 协协 议议 的的 各各 种种 应应 用用 和和 应应 用用 层层 协协 议议应应 用用应应 用用 层层 协协 议议运运 输输 层层 协协 议议名名 字字 转转 换换D N SU D P路路 由由 选选 择择 协协 议议R I
8、PU D P网网 络络 管管 理理S N M PU D P远远 程程 文文 件件 服服 务务 器器N F SU D PI P电电话话专专 用用 协协 议议U D P流流 式式 多多 媒媒 体体 通通 信信专专 用用 协协 议议U D P多多 播播I G MPU D P电电 子子 邮邮 件件S M T PT C P远远 程程 终终 端端 接接 入入T E L N E TT C P万万 维维 网网H T T PT C P文文 件件 传传 送送F T PT C P8.4 TCP协议协议vTCPTCP服务服务定时定时当系统的条件不能按用户定义的超时参数及时当系统的条件不能按用户定义的超时参数及时传递数
9、据时,传递数据时,TCPTCP通知自己的高层协议,告诉它服务失败。通知自己的高层协议,告诉它服务失败。高层协议随后可能会中止该连接或采取其它一些措施。高层协议随后可能会中止该连接或采取其它一些措施。有序有序实际上协议本身不能完全保证。实际上协议本身不能完全保证。标记标记TCPTCP在建立连接时,相互之间协商由高层协议提在建立连接时,相互之间协商由高层协议提出的安全性和优先级要求,出的安全性和优先级要求,若在连接期间出现了安全性若在连接期间出现了安全性的值不匹配情况,的值不匹配情况,TCPTCP将中断该连接。将中断该连接。流量控制流量控制TCPTCP在其连接的通信过程中,能够调整流量,在其连接的
10、通信过程中,能够调整流量,以防止内部的以防止内部的TCPTCP数据传递出现拥挤,从而导致服务质量数据传递出现拥挤,从而导致服务质量下降和出错。下降和出错。错误控制错误控制TCPTCP能在它的检验和所允许的范围内保证数能在它的检验和所允许的范围内保证数据的无差错传递。据的无差错传递。总结:总结:TCPTCP协议的功能是保证数据报文正确、有序、及时协议的功能是保证数据报文正确、有序、及时地到达目的地,同时防止网络出现拥塞。地到达目的地,同时防止网络出现拥塞。vTCP的报文编号与确认的报文编号与确认 TCP不是按传送的报文段来编号,而是按字节流编号。不是按传送的报文段来编号,而是按字节流编号。TCP
11、将所要传送的整个报文将所要传送的整个报文(这可能包括许多个报文段这可能包括许多个报文段)看成看成是一个个字节组成的数据流,然后对每一个字节编一个序号。是一个个字节组成的数据流,然后对每一个字节编一个序号。在连接建立时,双方要商定初始序号。在连接建立时,双方要商定初始序号。TCP的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认。但返回的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认。但返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加的确认序号是已收到的数据的最高序号加1。由于由于TCP能提供全双工通信,因此通信中的每一方都不必专能提供全双工通信,因此通信中的每一方都不必专门发送确认报文段,可以在传送数据时门发送确认报文
12、段,可以在传送数据时捎带捎带传送确认信息。传送确认信息。v TCPTCP的重传的重传 若发送方在规定的设置时间内没有收到确认,就要将末被确认的报文段重新发送。接收方若收到有差错的报文段,则丢弃此报文段(不发送否认信息)。若收到重复的报文段,也要将其丢弃,但要发回(或捎带发回)确认信息。这与数据链路层非常类似。vTCP的排序 若TCP收到的报文段无差错,只是末按序号,那么应如何处理?TCP对此未作明确规定,而是让TCP的实现者自行确定。可行的方法是或者将不按序的报文段丢弃,或者先将其暂存于接收缓存内,待所缺序号的报文段收齐后再一起上交应用层。如有可能,采用后一种策略对网络的性能会更好些。vTCP
13、性能的改善性能的改善推迟发送推迟发送NagIe算法算法 应对傻瓜窗口应对傻瓜窗口在在TCP的实现中广泛使用,具体算法如下:的实现中广泛使用,具体算法如下:若数据是逐个字节地到达发送端,则发送端就将第一个字符先若数据是逐个字节地到达发送端,则发送端就将第一个字符先发送出去,将后面到达的字符都缓存起来发送出去,将后面到达的字符都缓存起来;当收到对第一个字符的确认后,再将缓存中的所有字符装成一当收到对第一个字符的确认后,再将缓存中的所有字符装成一个报文段发送出去,同时继续对到达的字符进行缓存个报文段发送出去,同时继续对到达的字符进行缓存;只有在收到确认后才继续发送下一个报文段只有在收到确认后才继续发
14、送下一个报文段;算法还规定,当到达的字符已达到算法还规定,当到达的字符已达到接收端缓存的空间的一半大小接收端缓存的空间的一半大小或已达到报文段的最大长度时,就立即发送下一个报文段。或已达到报文段的最大长度时,就立即发送下一个报文段。但有时不宜采用但有时不宜采用Nagle算法。?算法。?推迟确认推迟确认 应对糊涂窗口综合症应对糊涂窗口综合症(sillywindowsyndrome)(sillywindowsyndrome)设想这种情况设想这种情况:接收端的缓存己满,而交互式的应用进程接收端的缓存己满,而交互式的应用进程一次只从缓存中读取一个字符一次只从缓存中读取一个字符(这样就在缓存产生这样就在
15、缓存产生 1 1个字个字节的空位子节的空位子),然后向发送端发送确认,并通知窗口为,然后向发送端发送确认,并通知窗口为1 1个字节个字节(但发送的数据报是但发送的数据报是4040字节长字节长)。接着,发送端又。接着,发送端又发来发来1 1个字符个字符(但发来的数据报是但发来的数据报是4141字节长字节长)。接收端发回。接收端发回确认,仍然通知窗口为确认,仍然通知窗口为1 1个字节。如此进行下去,网络的个字节。如此进行下去,网络的效率当然很低。要解决这个问题,可让接收端等待一段效率当然很低。要解决这个问题,可让接收端等待一段时间,使得缓存时间,使得缓存 己能有足够的空间容纳一个最长的报文段己能有
16、足够的空间容纳一个最长的报文段 或者已有一半的空间处于空的状态。或者已有一半的空间处于空的状态。只要出现这两种情况之一,就发出确认报文,并向发送端通只要出现这两种情况之一,就发出确认报文,并向发送端通知当前的窗口大小。知当前的窗口大小。8.5 TCP的流量控制的流量控制vTCP采用采用可变发送窗口可变发送窗口的方式进行流量控制。的方式进行流量控制。v发送窗口的大小写在发送窗口的大小写在TCP报文段首部的窗口字段。报文段首部的窗口字段。v在连接建立时发送窗口大小由双方商定。在连接建立时发送窗口大小由双方商定。v在通信的过程中,接收端可根据自己的资源情况,在通信的过程中,接收端可根据自己的资源情况
17、,随时动态地调整。随时动态地调整。P203图图88表示的是在表示的是在TCP中使用的窗口概念。中使用的窗口概念。8.6 TCPTCP的的拥塞技术拥塞技术 一一.拥塞窗口的设置拥塞窗口的设置基于接收端的流量控制仅能保证接收端来得及接收。但如基于接收端的流量控制仅能保证接收端来得及接收。但如果发送端发送报文的速率太快会造成网络的拥塞。果发送端发送报文的速率太快会造成网络的拥塞。为了避免发生拥塞,发送端主机应主动控制发送速率为了避免发生拥塞,发送端主机应主动控制发送速率,发,发送端的发送窗口应按以下方式确定送端的发送窗口应按以下方式确定:发送窗口发送窗口=Min通知窗口,拥塞窗口通知窗口,拥塞窗口
18、通知窗口是接收端根据其接收能力许诺的窗口值,是来自通知窗口是接收端根据其接收能力许诺的窗口值,是来自接收端的流量控制。接收端的流量控制。拥塞窗口是发送端根据网络拥塞情况得出的窗口值,是来拥塞窗口是发送端根据网络拥塞情况得出的窗口值,是来自发送端的流量控制。自发送端的流量控制。二二.拥塞控制技术拥塞控制技术指拥塞窗口的大小控制技术。指拥塞窗口的大小控制技术。因特网标准推荐使用以下三种技术,即慢启动、加速递减和拥塞避因特网标准推荐使用以下三种技术,即慢启动、加速递减和拥塞避免,具体以拥塞控制操作步骤说明免,具体以拥塞控制操作步骤说明:(1)(1)当一个连接初始化时,将拥塞窗口置为当一个连接初始化时
19、,将拥塞窗口置为1(1(即窗口允许发送即窗口允许发送1 1个个报文段报文段)。并设置慢启动的。并设置慢启动的门限窗口值门限窗口值。(2)(2)发送端若收到了对所有发出的报文段的确认,就在下一次发发送端若收到了对所有发出的报文段的确认,就在下一次发送时将拥塞窗口加倍。若出现了超时,则将当时的拥塞窗口值减半,送时将拥塞窗口加倍。若出现了超时,则将当时的拥塞窗口值减半,作为新的门限窗口值,同时拥塞窗口再次变为作为新的门限窗口值,同时拥塞窗口再次变为1 1。(3)(3)拥塞窗口重新从拥塞窗口重新从1 1开始按指数规律增长。但当增长到新的门限开始按指数规律增长。但当增长到新的门限窗口值(增长快慢的分界线
20、)时,就每次只将拥塞窗口加窗口值(增长快慢的分界线)时,就每次只将拥塞窗口加1 1,使拥,使拥塞窗口按线性规律增长。当网络又出现超时,仍重复上述过程。塞窗口按线性规律增长。当网络又出现超时,仍重复上述过程。在上述步骤中,在上述步骤中,TCP共用了三种拥塞控制技术:共用了三种拥塞控制技术:w 慢启动慢启动 是指每出现一次超时,拥塞窗口都降低到是指每出现一次超时,拥塞窗口都降低到1,使报文段慢慢注人到网络中(不过这个名词不太准确,使报文段慢慢注人到网络中(不过这个名词不太准确,因为拥塞窗口增长的速率并不很慢)。因为拥塞窗口增长的速率并不很慢)。w 加速递减加速递减 是指每出现一次超时,就将门限窗口
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