計算機網(wǎng)絡(luò) 第7版 第 5 章 運輸層 (5.3 至5.5節(jié))

電子信息工程學(xué)院課程教案計算機網(wǎng)絡(luò)，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(xué)目的掌握TCP/IP體系中的傳輸控制協(xié)議TCP的基本特點、基本原理。教學(xué)重點傳輸控制協(xié)議TCPTCP最主要的特點教學(xué)難點1.信道利用率2.自動重傳請求ARQ教學(xué)模式講授教學(xué)手段多媒體課件和板書結(jié)合教學(xué)內(nèi)容5.3傳輸控制協(xié)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?shù)墓ぷ髟?.5TCP報文段的首部格式教學(xué)過程詳見后面“教學(xué)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(fù)雜的一個協(xié)議。本節(jié)先對TCP協(xié)議進行一般的學(xué)習(xí)，然后再逐步學(xué)習(xí)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(xié)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(wù)。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(yīng)用程序和TCP的交互是一次一個數(shù)據(jù)塊，但TCP把應(yīng)用程序交下來的數(shù)據(jù)看成僅僅是一連串無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。TCP不保證接收方應(yīng)用程序所收到的數(shù)據(jù)塊和發(fā)送方應(yīng)用程序所發(fā)出的數(shù)據(jù)塊具有對應(yīng)大小的關(guān)系。但接收方應(yīng)用程序收到的字節(jié)流必須和發(fā)送方應(yīng)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(yīng)用進程一次把多長的報文發(fā)送到TCP的緩存中是不關(guān)心的。TCP根據(jù)對方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個報文段應(yīng)包含多少個字節(jié)（UDP發(fā)送的報文長度是應(yīng)用進程給出的）。TCP可把太長的數(shù)據(jù)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(gòu)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(yīng)用進程，也不是運輸層的協(xié)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(gòu)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(xié)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(xiàn)在多個不同的TCP連接中。5.4可靠傳輸?shù)墓ぷ髟砝硐氲膫鬏敆l件有以下兩個特點：(1)傳輸信道不產(chǎn)生差錯。(2)不管發(fā)送方以多快的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方總是來得及處理收到的數(shù)據(jù)。在這樣的理想傳輸條件下，不需要采取任何措施就能夠?qū)崿F(xiàn)可靠傳輸。然而實際的網(wǎng)絡(luò)都不具備以上兩個理想條件。必須使用一些可靠傳輸協(xié)議，在不可靠的傳輸信道實現(xiàn)可靠傳輸。5.4.1停止等待協(xié)議1.停止等待協(xié)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(rèn)。在收到確認(rèn)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(xiàn)差錯確認(rèn)丟失和確認(rèn)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(rèn)。如果A不斷重傳分組但總是收不到確認(rèn)，就說明通信線路太差，不能進行通信。使用上述的確認(rèn)和重傳機制，我們就可以在不可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)可靠的通信。像上述的這種可靠傳輸協(xié)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(rèn)。這樣可使信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送。由于信道上一直有數(shù)據(jù)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(xié)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(nèi)的分組都可連續(xù)發(fā)送出去，而不需要等待對方的確認(rèn)。這樣，信道利用率就提高了。連續(xù)ARQ協(xié)議規(guī)定，發(fā)送方每收到一個確認(rèn)，就把發(fā)送窗口向前滑動一個分組的位置。1.累積確認(rèn)接收方一般采用累積確認(rèn)的方式。即不必對收到的分組逐個發(fā)送確認(rèn)，而是對按序到達的最后一個分組發(fā)送確認(rèn)，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(xiàn)，即使確認(rèn)丟失也不必重傳。缺點：不能向發(fā)送方反映出接收方已經(jīng)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(rèn)。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?dāng)通信線路質(zhì)量不好時，連續(xù)ARQ協(xié)議會帶來負(fù)面的影響。3.TCP可靠通信的具體實現(xiàn)TCP連接的每一端都必須設(shè)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(rèn)都是基于序號而不是基于報文段。TCP兩端的四個窗口經(jīng)常處于動態(tài)變