計算機網絡 第7版 第 5 章 運輸層 (5.3 至5.5節(jié))

電子信息工程學院課程教案計算機網絡，第7版，電子工業(yè)出版社教師備課專用日期2028年5月9日，上午3-4節(jié)周次單元第11周第1單元章節(jié)（專題、項目）名稱第5章運輸層(5.3至5.5節(jié))課時2教學目的掌握TCP/IP體系中的傳輸控制協議TCP的基本特點、基本原理。教學重點傳輸控制協議TCPTCP最主要的特點教學難點1.信道利用率2.自動重傳請求ARQ教學模式講授教學手段多媒體課件和板書結合教學內容5.3傳輸控制協議TCP概述5.3.1TCP最主要的特點5.3.2TCP的連接5.4可靠傳輸的工作原理5.5TCP報文段的首部格式教學過程詳見后面“教學過程頁”思考或作業(yè)課本P254，第5-15、5-16、5-17、5-6、5-19、5-20、5-21題單元反思突出重點，重在理解運輸層的通信原理，對比TCP和UDP的區(qū)別第5章運輸層課程引入TCP是TCP/IP體系中非常復雜的一個協議。本節(jié)先對TCP協議進行一般的學習，然后再逐步學習TCP的可靠傳輸、流量控制和擁塞控制等問題。新課講授5.3.1TCP最主要的特點TCP是面向連接的運輸層協議。每一條TCP連接只能有兩個端點(endpoint)，每一條TCP連接只能是點對點的（一對一）。TCP提供可靠交付的服務。TCP提供全雙工通信。面向字節(jié)流：TCP中的“流”(stream)指的是流入或流出進程的字節(jié)序列?！懊嫦蜃止?jié)流”的含義是：雖然應用程序和TCP的交互是一次一個數據塊，但TCP把應用程序交下來的數據看成僅僅是一連串無結構的字節(jié)流。TCP不保證接收方應用程序所收到的數據塊和發(fā)送方應用程序所發(fā)出的數據塊具有對應大小的關系。但接收方應用程序收到的字節(jié)流必須和發(fā)送方應用程序發(fā)出的字節(jié)流完全一樣。注意：TCP連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。TCP對應用進程一次把多長的報文發(fā)送到TCP的緩存中是不關心的。TCP根據對方給出的窗口值和當前網絡擁塞的程度來決定一個報文段應包含多少個字節(jié)（UDP發(fā)送的報文長度是應用進程給出的）。TCP可把太長的數據塊劃分短一些再傳送。TCP也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構成報文段發(fā)送出去。5.3.2TCP的連接1.特點：TCP把連接作為最基本的抽象。每一條TCP連接有兩個端點。TCP連接的端點不是主機，不是主機的IP地址，不是應用進程，也不是運輸層的協議端口。TCP連接的端點叫做套接字(socket)或插口。端口號拼接到(contatenatedwith)IP地址即構成了套接字。2.套接字(socket)：套接字socket=(IP地址:端口號)TCP連接，IP地址，套接字TCP連接就是由協議軟件所提供的一種抽象。TCP連接的端點是個很抽象的套接字，即（IP地址：端口號）。同一個IP地址可以有多個不同的TCP連接。同一個端口號也可以出現在多個不同的TCP連接中。5.4可靠傳輸的工作原理理想的傳輸條件有以下兩個特點：(1)傳輸信道不產生差錯。(2)不管發(fā)送方以多快的速度發(fā)送數據，接收方總是來得及處理收到的數據。在這樣的理想傳輸條件下，不需要采取任何措施就能夠實現可靠傳輸。然而實際的網絡都不具備以上兩個理想條件。必須使用一些可靠傳輸協議，在不可靠的傳輸信道實現可靠傳輸。5.4.1停止等待協議1.停止等待協議“停止等待”就是每發(fā)送完一個分組就停止發(fā)送，等待對方的確認。在收到確認后再發(fā)送下一個分組。全雙工通信的雙方既是發(fā)送方也是接收方。無差錯情況出現差錯確認丟失和確認遲到2.自動重傳請求ARQ通常A最終總是可以收到對所有發(fā)出的分組的確認。如果A不斷重傳分組但總是收不到確認，就說明通信線路太差，不能進行通信。使用上述的確認和重傳機制，我們就可以在不可靠的傳輸網絡上實現可靠的通信。像上述的這種可靠傳輸協議常稱為自動重傳請求ARQ(AutomaticRepeatreQuest)。意思是重傳的請求是自動進行的，接收方不需要請求發(fā)送方重傳某個出錯的分組。信道利用率：流水線傳輸就是發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個分組，不必每發(fā)完一個分組就停頓下來等待對方的確認。這樣可使信道上一直有數據不間斷地傳送。由于信道上一直有數據不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。5.4.2連續(xù)ARQ協議發(fā)送方維持的發(fā)送窗口，它的意義是：位于發(fā)送窗口內的分組都可連續(xù)發(fā)送出去，而不需要等待對方的確認。這樣，信道利用率就提高了。連續(xù)ARQ協議規(guī)定，發(fā)送方每收到一個確認，就把發(fā)送窗口向前滑動一個分組的位置。1.累積確認接收方一般采用累積確認的方式。即不必對收到的分組逐個發(fā)送確認，而是對按序到達的最后一個分組發(fā)送確認，這樣就表示：到這個分組為止的所有分組都已正確收到了。優(yōu)點：容易實現，即使確認丟失也不必重傳。缺點：不能向發(fā)送方反映出接收方已經正確收到的所有分組的信息。2.Go-back-N（回退N）如果發(fā)送方發(fā)送了前5個分組，而中間的第3個分組丟失了。這時接收方只能對前兩個分組發(fā)出確認。發(fā)送方無法知道后面三個分組的下落，而只好把后面的三個分組都再重傳一次。這就叫做Go-back-N（回退N），表示需要再退回來重傳已發(fā)送過的N個分組?？梢姰斖ㄐ啪€路質量不好時，連續(xù)ARQ協議會帶來負面的影響。3.TCP可靠通信的具體實現TCP連接的每一端都必須設有兩個窗口——一個發(fā)送窗口和一個接收窗口。TCP的可靠傳輸機制用字節(jié)的序號進行控制。TCP所有的確認都是基于序號而不是基于報文段。TCP兩端的四個窗口經常處于動態(tài)變