第六章-傳輸層課件

第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)

傳輸層的作用：

在通信子網(wǎng)提供服務(wù)的基礎(chǔ)上，為源主機和目的主機之間提供可靠的、透明的、價格合理的數(shù)據(jù)傳輸；

是面向用戶的高層和面向通信子網(wǎng)的低層之間的軟件接口。

6.1.1傳輸層服務(wù)類型

1.傳輸層抽象模型：利用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)來實現(xiàn)為用戶提供有效、可靠的服務(wù)的目標。

傳輸實體：傳輸層為高層提供服務(wù)的軟硬件。2.服務(wù)類型：可提供面向連接的和無連接的兩種類型的服務(wù)。第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)傳輸層的作用：是面向用戶的1第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)6.1.2傳輸層服務(wù)質(zhì)量

傳輸層的主要功能：增加和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量。

傳輸層協(xié)議與通信子網(wǎng)服務(wù)的關(guān)系：通信子網(wǎng)提供的服務(wù)越少，則傳輸層協(xié)議越復(fù)雜！

服務(wù)質(zhì)量參數(shù)：

建立連接延時：傳輸服務(wù)用戶發(fā)出傳輸請求連接到收到確認之間的時間，包括遠端傳輸實體處理的延時。延時越短，服務(wù)質(zhì)量越好。

建立連接失敗概率：在最大連接延時時間內(nèi)不能建立連接的可能性。

吞吐率：每秒鐘傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

傳輸延時：從源端傳輸用戶發(fā)送報文開始到目的用戶接收到報文為止的時間。

殘余誤碼率：丟失的、錯誤的報文占全部報文數(shù)的百分比。

優(yōu)先級：為傳輸用戶提供一種表明連接重要程度的方法。當發(fā)生擁塞時，確保高優(yōu)先級連接比低優(yōu)先級連接先獲得服務(wù)。

恢復(fù)功能：給出因內(nèi)部原因或擁塞情況下自動終止連接的可能性。運輸協(xié)議1通信子網(wǎng)1所提供的服務(wù)運輸協(xié)議2通信子網(wǎng)2所提供的服務(wù)第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)6.1.2傳輸層服務(wù)質(zhì)量運26.1.3傳輸服務(wù)原語

套接字(socket)原語：用于客戶－服務(wù)器模式，通過系統(tǒng)功能調(diào)用來實現(xiàn)。

主要原語有：

SOCKET服務(wù)原語：用于建立發(fā)方通信端點，返回一個整數(shù)用作為標識。

BIND服務(wù)原語：用于給新建立的通信端點賦予一個地址。

CONNECT服務(wù)原語：在面向連接的TCP服務(wù)中用于在本地端點和遠地端點間建立一條連接，在無連接的UDP服務(wù)中是把對方地址存儲下來。

LISTEN服務(wù)原語：服務(wù)器為請求連接的客戶分配請求連接隊列空間，并指定隊列長度（一般為5）。

ACCEPT服務(wù)原語：由服務(wù)器執(zhí)行，等待連接請求的到來，請求到達后，服務(wù)器創(chuàng)建一個新連接端點，并將該端點的標識符返給請求端，接著產(chǎn)生一個進程為該連接服務(wù)，然后再去等待新的連接。

SEND服務(wù)原語：進行發(fā)送數(shù)據(jù)。

RECV服務(wù)原語：進行接收數(shù)據(jù)。

CLOSE服務(wù)原語：用于釋放連接，雙方都使用CIOSE原語后，連接即釋放。第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)6.1.3傳輸服務(wù)原語第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)3例如，在面向連接的服務(wù)中：1.建立連接階段：

服務(wù)器順序執(zhí)行：SOCKET

BIND

LISTEN

ACCEPT

客戶順序執(zhí)行：SOCKET

BIND

CONNECT2.數(shù)據(jù)傳輸階段：雙方用SEND和RECV原語進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3.釋放連接階段：雙方用CLOSE原語后釋放連接。第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)例如，在面向連接的服務(wù)中：第一節(jié)傳輸層的功能與服務(wù)4第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

傳輸層提供的服務(wù)是通過兩端的傳輸實體之間所用的協(xié)議實現(xiàn)的！

傳輸層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議運行環(huán)境的差異：

在數(shù)據(jù)鏈路層：兩個路由器(交換節(jié)點)通過數(shù)據(jù)鏈路直接通信；建立連接的過程簡單，一個輸出線對應(yīng)一個路由器，且目的路由器一直處于等待連接狀態(tài)。

在傳輸層：兩端的主機通過整個通信子網(wǎng)進行通信；建立連接過程較復(fù)雜，有較復(fù)雜的尋址過程，并且經(jīng)常存在多條連接，連接的數(shù)目也動態(tài)變化，因此傳輸層的緩沖器管理和流量控制較復(fù)雜。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級傳輸層提供的服務(wù)是通過5第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

6.2.1傳輸協(xié)議的類型——傳輸層協(xié)議依賴網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)分類：

A類：提供完善服務(wù)，分組的丟失、重復(fù)及亂序情況可忽略不計，不使用N－RESET原語。

B類：分組很少丟失，但時常使用N－RESET原語，協(xié)議建立新的網(wǎng)絡(luò)連接，重新同步，然后繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

C類：提供完全不可靠的服務(wù)。用此類服務(wù)的傳輸層協(xié)議最復(fù)雜。

傳輸層協(xié)議分類：

0類(A類)：最簡單類，只提供建立和釋放連接的機制。

1類(B類)：基本錯誤恢復(fù)類，提供從N－RESET中恢復(fù)，不需要檢錯、流控.

2類(A類)：多路復(fù)用類，比0類增加了多路復(fù)用的功能。

3類(B類)：錯誤恢復(fù)和多路復(fù)用類，既可采用多路復(fù)用又可從N－RESET中恢復(fù)，且使用顯式流量控制。

4類(C類)：錯誤檢測和恢復(fù)類，能處理分組的丟失、重復(fù)，從N—RESET和其它錯誤中恢復(fù)，以及多路復(fù)用等功能，是最復(fù)雜的協(xié)議。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級6.2.1傳輸協(xié)議的類型——傳輸6

通信雙方協(xié)商協(xié)議類型的過程：連接發(fā)起者

連接響應(yīng)者

從提供的協(xié)議類型種選擇一種不接收所有協(xié)議

接受請求拒絕連接6.2.2傳輸協(xié)議的功能

1.連接的建立

一個傳輸服務(wù)用戶與另一個遠地傳輸服務(wù)用戶的連接存在于兩個服務(wù)訪問點(TSAP)之間；而對等傳輸實體的連接又存在于兩個NSAP之間。呼叫請求(提供協(xié)議類型)第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

通信雙方協(xié)商協(xié)議類型的過程：呼叫請求第二節(jié)傳輸層協(xié)議等7

本地用戶進程在與遠程用戶進程建立連接時必須獲取對方的TSAP地址！獲取遠端TSAP地址的方法有兩種：(1).固定TASP法：一些公共服務(wù)或固定不變的服務(wù)連到一些固定的用戶周知的TSAP上。①遠端某一公用進程，將自己連到122號TSAP，處于掛起狀態(tài)。②源端機上的一個進程需查詢時間時，發(fā)送連接請求原語T－CONNECT．Request，說明源地址為6號TASP，目標地址是122號TASP。③源端機的傳輸層收到請求后，在源主機和目的主機上選擇NSAP，并建立一個網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)連接兩傳輸實體可以通話。④源端機的傳輸實體用上述網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)傳輸服務(wù)質(zhì)量參數(shù)。⑤目標主機傳輸實體向時間服務(wù)進程發(fā)出一個T－CONNECT．Indication原語。如果122號TASP上的報時服務(wù)進程同意，就發(fā)出連接響應(yīng)原語，返回到源端主機后，就建成傳輸連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

本地用戶進程在與遠程用戶進程建立連接時必須獲取對方的TSA8(2).初始連接法：與遠端進程通過遠端的公用傳送地址TSAP來建立連接。注冊進程：進程連接服務(wù)程序，常駐內(nèi)存，并與固定TSAP連接。

傳輸服務(wù)用戶在已知遠端進程的TSAP地址后，如何知道該TSAP處于哪臺機器上呢？即如何知道用哪個NSAP建立網(wǎng)絡(luò)連接呢？可以由TSAP地址決定NSAP地址：TSAP地址=<國家><網(wǎng)絡(luò)><主機><端口>

NSAP地址

傳輸實體得到一個TSAP地址后，可用其中的NSAP地址建立一個網(wǎng)絡(luò)連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

(2).初始連接法：與遠端進程通過遠端的公用傳送地址TSAP9

傳輸連接是從TASP到TASP，網(wǎng)絡(luò)連接是從NSAP到NASP，網(wǎng)絡(luò)連接是傳輸連接的一部分，并且是不可靠的！

三次握手法——解決網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不可靠問題不可靠因素：超時重傳的連接請求TPDU因在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部滯留時間過長，連接釋放后才到達目的端，使目的端誤認為是新連接請求而發(fā)出確認予以連接，導(dǎo)致下一次源端真正再發(fā)請求建立連接時，目的端認為是重復(fù)請求而丟棄，連接不能實現(xiàn)。解決辦法：三次握手，即源端對目的端的回答響應(yīng)還要用AK加以確認。請單擊此處顯示動畫效果第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

傳輸連接是從TASP到TASP，網(wǎng)絡(luò)連接是從NSAP到NA10(a)多路復(fù)用(b)分流2.數(shù)據(jù)傳輸(1).多路復(fù)用和分流

多路復(fù)用：將多個信息流較少的傳輸連接復(fù)用到一個網(wǎng)絡(luò)連接上，以減少網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)目，降低費用。

分流：當一個用戶進程的信息量大于一個網(wǎng)絡(luò)連接（電路）所能傳輸?shù)男畔⒘繒r，該用戶傳輸連接可同時打開多個網(wǎng)絡(luò)連接（多條虛電路），實現(xiàn)對用戶進程信息的分流傳輸，以保證傳輸信息的吞吐量的要求。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

(a)多路復(fù)用(b)分11接收方

接收報文

buffer個數(shù)-1

取走報文

buffer個數(shù)+1發(fā)送方

響應(yīng)報文中剩余buffer數(shù)為0？Y

N停止發(fā)送繼續(xù)發(fā)送

等待新的響應(yīng)報文

已妥收的報文序號

剩余buffer數(shù)

ACK(2).流量控制和緩沖器管理

傳輸層流量控制的實現(xiàn)方法：采用可變窗口尺寸的動態(tài)緩沖器分配法。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

接收方接收報文buffer個數(shù)-1發(fā)送方已妥收的報文序12丟失數(shù)據(jù)的立即斷連

3.釋放連接——采用三次握手方法釋放連接

由于通信子網(wǎng)不可靠，當突然發(fā)出斷連請求時，有可能造成數(shù)據(jù)丟失！

解決方法：雙方只有在確知對方所發(fā)出的數(shù)據(jù)已妥收，且本方也不準備再發(fā)數(shù)據(jù)時，才能發(fā)出斷連請求，通常采用三次握手方法釋放連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

丟失數(shù)據(jù)的立即斷連3.釋放連接——采用三次握手方法釋放連接13用三次握手方法釋放連接的各種情況第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

用三次握手方法釋放連接的各種情況第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級14第三節(jié)Internet中TCP

傳輸層包含兩個重要協(xié)議：

傳輸控制協(xié)議TCP——適用于面向連接服務(wù)

用戶數(shù)據(jù)報服務(wù)UDP——適用于無連接服務(wù)

TCP(TransmissionControlProtocol)：提供進程間端到端的可靠的全雙工數(shù)據(jù)通信，是一種面向連接的服務(wù)，對通信子網(wǎng)的可靠度沒有要求，采用捎帶應(yīng)答方式工作。6.3.1TCP協(xié)議功能特點

1.提供面向連接的服務(wù)：通信雙方分別用SOCKET原語創(chuàng)建一個連接端點。2.面向數(shù)據(jù)流：將從高層接收和向高層送交的數(shù)據(jù)視為無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。3.緩沖傳輸：將高層數(shù)據(jù)緩存起來，由TCP軟件將字節(jié)流分成數(shù)據(jù)片后傳送。4.提供可靠性：TCP采用帶重傳的肯定確認來進行差錯控制和流量控制。5.全雙工連接：TCP允許在兩個方向上同時進行傳送。第三節(jié)Internet中TCP傳輸層包含15第三節(jié)Internet中TCP

6.3.2TCP協(xié)議

數(shù)據(jù)片(segment)：TCP所傳輸?shù)腡PDU，用來傳輸控制信息和數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)和確認置于同一數(shù)據(jù)片中。

數(shù)據(jù)片格式：含報頭部分、數(shù)據(jù)部分。偽頭格式第三節(jié)Internet中TCP6.3.2TCP協(xié)16第三節(jié)Internet中TCP

6.3.3TCP連接管理——包括建立連接和釋放連接1.建立連接——采用三次握手操作，連接是在雙方機器的端口號上實現(xiàn)的。

通常是服務(wù)器一方被動的等待連接請求的到來，而客戶方執(zhí)行CONNECT原語主動請求連接，同時說明要連接的IP地址、端口號、能接收的最大數(shù)據(jù)片等參數(shù)。例如：假設(shè)右圖中A是客戶方，B是服務(wù)器，采用三次握手法建立連接。2.釋放連接

當通信一方A的應(yīng)用進程向TCP軟件通知釋放連接時，TCP軟件把剩余的數(shù)據(jù)片發(fā)送完畢，然后發(fā)一個釋放連接數(shù)據(jù)片，對方B接到釋放連接數(shù)據(jù)片后，發(fā)出確認，通知應(yīng)用進程，此時只釋放連接的一半，即A到B的連接，另一方向B到A可以繼續(xù)流動，直到另一方向釋放為止，整個連接才全部釋放。第三節(jié)Internet中TCP6.3.3TCP連接管理176.3.4TCP數(shù)據(jù)傳輸

TCP數(shù)據(jù)傳輸：TCP軟件將應(yīng)用層用戶交付的數(shù)據(jù)視為字節(jié)流，為每個字節(jié)編號，序號以232為模，每個數(shù)據(jù)片都含有該片數(shù)據(jù)中第一個字節(jié)的序號。1.超時重傳

自適應(yīng)算法：用來確定重發(fā)時間，記錄每一個數(shù)據(jù)片發(fā)出的時間和收到相應(yīng)確認的時間，這兩個時間之差即往返傳輸時間(roundtriptime),將各個數(shù)據(jù)片的往返時延樣本加權(quán)平均，得到報文段的平均往返時間T，每測得一個新的往返時延，逐漸改變這個平均值：T＝α（舊往返時延T）＋（l－α）（新的往返時延）

其中：系數(shù)α的值為0≤α＜1。通常α選得比較接近1。

定時器設(shè)置的重發(fā)時間應(yīng)略大于計算出的T。2.流量控制

TCP協(xié)議采用可變滑動窗口尺寸來進行流量控制。第三節(jié)Internet中TCP

6.3.4TCP數(shù)據(jù)傳輸?shù)谌?jié)Internet中TC18

TCP實現(xiàn)端對端的流量控制，接收端在所發(fā)送的數(shù)據(jù)片中對已收到多少字節(jié)進行確認，同時用窗口字段說明還準備接收的字節(jié)數(shù)，即接收方當前可用緩沖器大小的說明；根據(jù)改變窗口的通知，發(fā)送