第6章:传输层协议课件.ppt
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- 传输 协议 课件
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1、第第6章章 传输层协议传输层协议本章学习要求:了解:了解:网络环境中分布式进程通的基本概念。网络环境中分布式进程通的基本概念。掌握:进程相互作用的掌握:进程相互作用的Client/Server模型。模型。掌握:传输层的基本功能与服务质量。掌握:传输层的基本功能与服务质量。掌握:用户数据报协议掌握:用户数据报协议UDP。掌握:传输控制协议掌握:传输控制协议TCP。6.1 6.1 分布式进程通信的基本概念分布式进程通信的基本概念通信子网通信子网应用程序进程应用程序进程网络层协议作用范围传输层协议作用范围 网络层及以下的各层实现了网络中主机之间的网络层及以下的各层实现了网络中主机之间的通信,但是数据
2、通信不是最终的目的通信,但是数据通信不是最终的目的;计算机网络最本质的活动是分布在不同地理位计算机网络最本质的活动是分布在不同地理位置的主机之间的进程通信,以实现各种网络服置的主机之间的进程通信,以实现各种网络服务功能务功能;设置传输层的主要目的就是要实现分布式进程设置传输层的主要目的就是要实现分布式进程通信。通信。6.1.1 6.1.1 单机系统中的进程通信方法单机系统中的进程通信方法 进程和进程通信是操作系统中的一个最基本的进程和进程通信是操作系统中的一个最基本的概念;概念;程序是一个在时间上按照严格次序的前后相继程序是一个在时间上按照严格次序的前后相继的操作序列,是一个静态的概念;的操作
3、序列,是一个静态的概念;进程是一个动态的概念,它是一个程序对某个进程是一个动态的概念,它是一个程序对某个数据集的执行过程;数据集的执行过程;正在运行的进程叫做运行态;正在运行的进程叫做运行态;等待分配等待分配CPUCPU的进程叫做就绪态;的进程叫做就绪态;等待其他的条件的进程叫做等待态;等待其他的条件的进程叫做等待态;进程状态反映出进程执行过程的变化;进程状态反映出进程执行过程的变化;要保证系统正常地工作,操作系统必须对进程要保证系统正常地工作,操作系统必须对进程的创建、撤消与状态转换进行控制;的创建、撤消与状态转换进行控制;从进程的观点看,操作系统的核心则是控制和从进程的观点看,操作系统的核
4、心则是控制和协调这些进程的运行,解决进程之间的通信。协调这些进程的运行,解决进程之间的通信。6.1.2 6.1.2 网络环境中分布式进程通信的特点网络环境中分布式进程通信的特点用一句最简单的话去描述计算机网络,那就是:用一句最简单的话去描述计算机网络,那就是:“计算机网络是分布在不同地理位置的多台独计算机网络是分布在不同地理位置的多台独立的计算机系统的集合立的计算机系统的集合”。“独立的计算机系统独立的计算机系统”意味着连网的每一台计意味着连网的每一台计算机的操作与资源是由自己的操作系统所管理;算机的操作与资源是由自己的操作系统所管理;用户共享的网络资源及网络所能提供的服务功用户共享的网络资源
5、及网络所能提供的服务功能最终是通过网络环境中的分布式进程通信来能最终是通过网络环境中的分布式进程通信来实现的。实现的。1.1.网络环境中分布式进程通信需要解决:网络环境中分布式进程通信需要解决:进程命名与寻址方法进程命名与寻址方法 多重协议的识别多重协议的识别 进程间相互作用的模式进程间相互作用的模式2.2.网络环境中进程标识网络环境中进程标识 在一台计算机中,不同的进程用进程号或进程在一台计算机中,不同的进程用进程号或进程标识(标识(process ID)惟一地标识出来。)惟一地标识出来。网络环境中完整的进程标识应该是:网络环境中完整的进程标识应该是:本地主机地址本地主机地址-本地进程标识本
6、地进程标识;远程主机地址远程主机地址-远程进程标识。远程进程标识。进程地址也叫做端口号(进程地址也叫做端口号(port number)。)。3.3.多重协议的识别多重协议的识别 UNIX操作系统的操作系统的TCP/IP的传输层就有的传输层就有TCP协协议和议和UDP协议;协议;网络环境中一个进程的全网惟一的标识需要一网络环境中一个进程的全网惟一的标识需要一个三元组来表示:协议,本地地址,本地端口个三元组来表示:协议,本地地址,本地端口号。号。TCP121.5.21.215432TCP 121.5.21.2 15432协议类型协议类型IP地址IP地址端口号端口号 网络环境中一个完整的进程通信标识
7、需要一个网络环境中一个完整的进程通信标识需要一个五元组来表示:五元组来表示:协议协议 本地地址本地地址 本地端口号本地端口号 远地地址远地地址 远地端口号远地端口号 在在UNIX操作系统中操作系统中:三元组又叫做半相关三元组又叫做半相关half-association 五元组叫做一个相关五元组叫做一个相关association6.1.3 进程间相互作用模式:进程间相互作用模式:Client/Server模型模型1.Client/Server模型的基本概念模型的基本概念 网络中每台联网的计算机既为本地用户提供服务,网络中每台联网的计算机既为本地用户提供服务,也为网络的其他主机的用户提供服务也为网
8、络的其他主机的用户提供服务;每台联网的计算机的硬件、软件与数据资源应该每台联网的计算机的硬件、软件与数据资源应该既是本地用户可以使用的资源,也是网络的其他既是本地用户可以使用的资源,也是网络的其他主机的用户可以共享的资源主机的用户可以共享的资源;每一项网络服务都是对应一个每一项网络服务都是对应一个“服务程序服务程序”进程进程;“服务程序服务程序”进程要为每一个获准的网络用户请进程要为每一个获准的网络用户请求执行一组规定的动作,以满足用户网络资源共求执行一组规定的动作,以满足用户网络资源共享的需要享的需要;网络环境中进程通信要解决的进程间相互作用的网络环境中进程通信要解决的进程间相互作用的模式模
9、式;在在TCP/IP协议体系中,进程间的相互作用采用客协议体系中,进程间的相互作用采用客户户/服务器服务器(Client/Server)模型模型;客户与服务器分别表示相互通信的两个应用程序客户与服务器分别表示相互通信的两个应用程序的进程的进程;客户向服务器发出服务请求,服务器响应客户的客户向服务器发出服务请求,服务器响应客户的请求,提供客户机所需要的网络服务。请求,提供客户机所需要的网络服务。2.2.为什么要采用客户机为什么要采用客户机/服务器模型服务器模型?网络资源分布的不均匀性网络资源分布的不均匀性 网络资源分布的不均匀性表现在硬件、软件和网络资源分布的不均匀性表现在硬件、软件和数据等三个
10、方面数据等三个方面;网络资源分布的不均匀性是客观存在的,同时网络资源分布的不均匀性是客观存在的,同时也是网络应用系统设计者的设计思想的体现也是网络应用系统设计者的设计思想的体现;“资源共享资源共享”就是因为网络不同结点之间在硬就是因为网络不同结点之间在硬件配置、计算能力、存储能力,以及数据分布件配置、计算能力、存储能力,以及数据分布等方面存在着差距与不均匀性;等方面存在着差距与不均匀性;能力强、资源丰富的充当服务器,能力弱或需能力强、资源丰富的充当服务器,能力弱或需要某种资源的成为客户。要某种资源的成为客户。网络环境中进程通信的异步性网络环境中进程通信的异步性 分布在不同主机系统中的进程什么时
11、间发出通分布在不同主机系统中的进程什么时间发出通信请求,希望和哪一台主机的哪一个进程通信,信请求,希望和哪一台主机的哪一个进程通信,以及对方进程是否能接受通信请求是不确定的以及对方进程是否能接受通信请求是不确定的;网络分布式进程之间不存在一个高层的调度与网络分布式进程之间不存在一个高层的调度与协调协调;必须要建立一个体制,为准备通信的进程之间必须要建立一个体制,为准备通信的进程之间建立起连接,在进程交换数据的过程中维护连建立起连接,在进程交换数据的过程中维护连接,为数据交换提供同步。接,为数据交换提供同步。客客 户户 一次进程通信中发起的一方;一次进程通信中发起的一方;服务器服务器 接受进程通
12、信的请求,提供服务的接受进程通信的请求,提供服务的 一方;一方;每一次通信由客户进程随机启动;每一次通信由客户进程随机启动;服务器进程处于等待状态,及时响应客户服务服务器进程处于等待状态,及时响应客户服务请求。请求。6.1.4 进程通信中进程通信中Client/Server模型实现方法模型实现方法 客户机客户机/服务器模型的工作实质是服务器模型的工作实质是“请求驱动请求驱动”;在网络环境中,客户进程发出请求完全随机。在在网络环境中,客户进程发出请求完全随机。在同一个时刻,可能有多个客户进程向一个服务器同一个时刻,可能有多个客户进程向一个服务器发出服务请求;发出服务请求;为了实现服务器的功能,在
13、服务器的设计中要解为了实现服务器的功能,在服务器的设计中要解决服务器的:决服务器的:并发请求处理能力并发请求处理能力 并发服务器的进程标识并发服务器的进程标识 服务器安全服务器安全解决服务器处理并发请求的基本方案解决服务器处理并发请求的基本方案:设计一个并发服务器;设计一个并发服务器;采用重复服务器的方法。采用重复服务器的方法。并发服务器(并发服务器(concurrent server)并发服务器的核心是使用一个守护程序(并发服务器的核心是使用一个守护程序(daemon););守护程序在系统启动的时候随之启动,在没有客户的守护程序在系统启动的时候随之启动,在没有客户的服务请求到达时,并发服务器
14、处于等待状态服务请求到达时,并发服务器处于等待状态;一旦客户机的服务请求到达,服务器根据客户的服务一旦客户机的服务请求到达,服务器根据客户的服务请求的进程号,去激活相应的子进程,而服务器回到请求的进程号,去激活相应的子进程,而服务器回到等待状态;等待状态;并发服务器叫做主服务器(并发服务器叫做主服务器(master),把子服务器叫),把子服务器叫做从服务器(做从服务器(slave););主服务器必须拥有一个全网公认的进程地址;主服务器必须拥有一个全网公认的进程地址;网络中的客户进程可以根据服务器进程的公认地址,网络中的客户进程可以根据服务器进程的公认地址,向服务器提出服务请求。向服务器提出服务
15、请求。客户与并发服务器建立传输连接的过程客户与并发服务器建立传输连接的过程重复服务器(重复服务器(interative server)通过设置一个请求队列来存储客户机的服务请通过设置一个请求队列来存储客户机的服务请求;求;服务器采用先来先服务的原则来顺序处理客户服务器采用先来先服务的原则来顺序处理客户机的服务请求。机的服务请求。比较比较并发服务器:并发服务器:并发服务器可以处理多个客户的服务请求;并发服务器可以处理多个客户的服务请求;从服务器不依赖主服务器而独立处理客户服务请求;从服务器不依赖主服务器而独立处理客户服务请求;不同的从服务器可以分别处理不同的客户的服务请求;不同的从服务器可以分别
16、处理不同的客户的服务请求;系统的实时性好。系统的实时性好。重复服务器:重复服务器:处理客户的服务请求的数量受到请求队列长度的限制,处理客户的服务请求的数量受到请求队列长度的限制,但可以有效地控制请求处理的时间。但可以有效地控制请求处理的时间。并发服务器适应于面向连接的服务类型;并发服务器适应于面向连接的服务类型;重复服务器适应于无连接的服务类型。重复服务器适应于无连接的服务类型。讨论讨论 主动启动与服务器进程通信的程序叫做客户;主动启动与服务器进程通信的程序叫做客户;服务器是一个用来提供某种服务的,有特殊权服务器是一个用来提供某种服务的,有特殊权限的专用程序;限的专用程序;服务器程序在网络中一
17、台计算机上运行,接受服务器程序在网络中一台计算机上运行,接受来自远程客户的服务请求,提供一种服务;来自远程客户的服务请求,提供一种服务;服务器程序需要硬件配置较高的计算机和操作服务器程序需要硬件配置较高的计算机和操作系统的支持;系统的支持;客户客户/服务器是软件设计中进程间相互作用关系服务器是软件设计中进程间相互作用关系的模型。的模型。6.2 6.2 传输层的基本功能传输层的基本功能6.2.1 6.2.1 传输层的端传输层的端-端通信端通信传输层端-端通信协议数据链路层网络层物理层传输层应用层数据链路层网络层物理层网络层协议数据链路层网络层物理层传输层应用层通信子网通信子网主机A主机A主机B主
18、机B数据链路层协议物理层协议网络层协议数据链路层协议物理层协议6.2.2 6.2.2 传输层协议的基本功能传输层协议的基本功能1.1.传输层在协议层次结构中的位置传输层在协议层次结构中的位置 传输层的目标是向应用层应用程序进程之间的传输层的目标是向应用层应用程序进程之间的通信,提供有效、可靠、保证质量的服务通信,提供有效、可靠、保证质量的服务;传输层在网络分层结构中起着承上启下的作用,传输层在网络分层结构中起着承上启下的作用,通过执行传输层协议,屏蔽通信子网在技术、通过执行传输层协议,屏蔽通信子网在技术、设计上的差异和服务质量的不足,向高层提供设计上的差异和服务质量的不足,向高层提供一个标准的
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