Ch11 傳輸層協(xié)議.ppt

1、第十一章 傳輸層協(xié)議：TCP 和UDP,功能 傳輸層的目的是在網(wǎng)絡(luò)層或互聯(lián)網(wǎng)層提供主機(jī)通信服務(wù)的基礎(chǔ)上，向主機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程之間的提供可靠（如果需要的話）的數(shù)據(jù)通信。,端口,Internet傳輸層與互聯(lián)網(wǎng)層功能上的最大區(qū)別是前者提供進(jìn)應(yīng)用程通信能力，后者只提供主機(jī)通信功能。 為了提供應(yīng)用進(jìn)程通信功能，TCP/IP協(xié)議提出了端口(port)的概念，用于標(biāo)識(shí)通信的應(yīng)用進(jìn)程。,Internet端口號(hào)分配,保留端口 在Internet中，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器都擁有一個(gè)眾所周知的端口。Internet規(guī)定，小于256的端口號(hào)被用作保留端口 。 自由端口 自由端口以本地方式進(jìn)行分配。當(dāng)某應(yīng)用進(jìn)程要與遠(yuǎn)地進(jìn)程通信

2、時(shí)，首先申請(qǐng)一個(gè)自由端口號(hào)并與之進(jìn)行綁定，然后通過該端口與遠(yuǎn)地進(jìn)程進(jìn)行通信。,TCP和UDP協(xié)議的保留端口,傳輸層協(xié)議的常用特性,保證消息的傳輸 在傳輸過程中保持消息的順序 最多只傳輸消息的一份拷貝 支持任意長(zhǎng)度消息的傳輸 支持發(fā)送方與接收方之間的同步 允許接收方對(duì)發(fā)送方進(jìn)行流量控制 支持每個(gè)主機(jī)上的多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程（多用戶操作系統(tǒng)環(huán)境）,IP網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)缺陷,盡力投遞服務(wù)（best-effort delivery service） 丟失報(bào)文 對(duì)報(bào)文進(jìn)行重排序 限制報(bào)文的大小 報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上可以被延遲任意長(zhǎng)時(shí)間,UDP協(xié)議,不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)（datagram）服務(wù) 支持多路復(fù)用 不提供流量控制 接收

3、端點(diǎn)通過端口來標(biāo)識(shí) 每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UDP服務(wù)器都有 眾所周知的端口號(hào) Unix的/etc/services,UDP報(bào)文格式,UDP 校驗(yàn)和,UDP 校驗(yàn)和覆蓋范圍 偽頭部 + UDP頭部 + UDP數(shù)據(jù) 目的 驗(yàn)證UDP數(shù)據(jù)報(bào)是否傳送到正確的目的端 偽頭部 源IP地址 + 目的IP地址 + 協(xié)議 + UDP長(zhǎng)度,UDP偽頭部（?）,UDP多路復(fù)用,TCP協(xié)議,面向連接 字節(jié)流 全雙工 流量控制 保證發(fā)送方不要“淹沒”接收方 擁塞控制 保證發(fā)送方不要“淹沒”網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)鏈路層與傳輸層,可能與多個(gè)不同的主機(jī)建立連接 需要顯式的連接建立和刪除過程 可能有不同RTT值 需要具有適應(yīng)性的超時(shí)機(jī)制 網(wǎng)絡(luò)可能引起

4、的很長(zhǎng)的延遲 需要處理重復(fù)報(bào)文的問題 接收主機(jī)可能有不同的處理能力 需要處理主機(jī)的流量控制問題 網(wǎng)絡(luò)可能有不同的處理能力 需要處理網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題,TCP連接端點(diǎn),TCP連接端點(diǎn) TCP把端點(diǎn)定義為一對(duì)整數(shù)，即(host，port)，其中host是主機(jī)的IP地址，而port則是該主機(jī)上的TCP端口號(hào)。 TCP連接 國(guó)防科大的一臺(tái)IP地址為172.26.1.180的主機(jī)與清華大學(xué)的一臺(tái)地址為202.192.1.12的主機(jī)之間建立連接的話，它可能會(huì)由端點(diǎn)定義成： （172.26.1.180，1234）和（202.192.1.12，25）,字節(jié)流,TCP報(bào)文格式,字段含義（1）,(1)源端口和目的端口

5、 各2個(gè)字節(jié)，表示源和目的端口號(hào)。 (2)發(fā)送序號(hào) 4字節(jié)，指出報(bào)文中數(shù)據(jù)在發(fā)送方的數(shù)據(jù)流中的位置（以字節(jié)編號(hào)）。 (3)確認(rèn)序號(hào) 4字節(jié)，指接收方希望下一次接收的字節(jié)序號(hào)。 (4)TCP頭長(zhǎng) 4比特，指出以32比特為單位的報(bào)文頭部長(zhǎng)度。該域是針對(duì)變長(zhǎng)的“選項(xiàng)”域設(shè)計(jì)的。,字段含義（2）,(5)緊急標(biāo)志位URG(URGent) 當(dāng)URG=1時(shí)，表明此報(bào)文是緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送出去。 (6)確認(rèn)標(biāo)志位ACK 只有當(dāng)ACK=1時(shí)確認(rèn)序號(hào)字段才有意義。當(dāng)ACK=0時(shí)，確認(rèn)序號(hào)沒有意義。 (7)急迫標(biāo)志位PSH(PuSH) 當(dāng)PSH=1時(shí)，請(qǐng)求接收方TCP協(xié)議將該報(bào)文立即交給應(yīng)用程序。,字段含義（3）

6、,(8)重建標(biāo)志位RST(ReSeT) 當(dāng)RST=1時(shí)，表明出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)，必須釋放連接，然后重新建立連接。 (9)同步標(biāo)志位SYN， 當(dāng)SYN=1而ACK=0時(shí)，表明這是一個(gè)建立連接請(qǐng)求報(bào)文，若對(duì)方同意建立該連接，則應(yīng)在發(fā)回的報(bào)文中使將SYN和ACK標(biāo)志位同時(shí)置1。 (10)終止標(biāo)志位FIN(FINal) 當(dāng)FIN1時(shí)，表明數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，并請(qǐng)求釋放連接。,字段含義（4）,(11)窗口 2字節(jié)。該字段實(shí)際上是接收方告訴發(fā)送方它的接收窗口大小，其單位為字節(jié)。窗口字段主要是用于流量控制和擁塞控制。 (12)校驗(yàn)和 2字節(jié)。校驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括TCP報(bào)文的頭部和數(shù)據(jù)區(qū)這兩部分。 (13)可選項(xiàng)

7、 長(zhǎng)度可變。TCP只規(guī)定了一種選項(xiàng)，即最長(zhǎng)報(bào)文段MSS(Maximum Segment Size)。,TCP連接建立,TCP連接刪除,TCP協(xié)議有限狀態(tài)機(jī),TCP協(xié)議采取的可靠性措施,連接建立和刪除 三次握手 確認(rèn)和重傳 字節(jié)確認(rèn) 適應(yīng)性超時(shí)機(jī)制 流量控制 通告窗口 擁塞控制 擁塞窗口,確認(rèn)和重傳,字節(jié)確認(rèn)（累計(jì)確認(rèn)） 由于TCP協(xié)議使用可變長(zhǎng)度的報(bào)文段發(fā)送數(shù)據(jù)，TCP協(xié)議的確認(rèn)是針對(duì)數(shù)據(jù)流中的字節(jié)序列，而不是報(bào)文段的。 接收方確認(rèn)已收到的最長(zhǎng)的、連續(xù)的字節(jié)計(jì)數(shù)，TCP報(bào)文的每個(gè)確認(rèn)域指出下一個(gè)希望接收的字節(jié)。 優(yōu)點(diǎn) 確認(rèn)丟失也不一定導(dǎo)致發(fā)送方重傳； 缺點(diǎn) 發(fā)送方不能獲得所有成功傳送的報(bào)文段的

8、確認(rèn)信息。,超時(shí)和重傳（1）,TCP軟件必須適應(yīng)兩個(gè)方面的巨大差異： 一是到達(dá)各個(gè)不同目的站點(diǎn)所需物理傳播時(shí)間的差異； 二是到達(dá)某個(gè)站點(diǎn)所需時(shí)間隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變化而出現(xiàn)的差異。 TCP自適應(yīng)重傳算法 TCP監(jiān)視每一條連接的狀態(tài)，由此推算出數(shù)據(jù)在該連接上的往返時(shí)間RTT； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，TCP協(xié)議及時(shí)修改RTT值。,超時(shí)和重傳（2）,基本概念 往返時(shí)間樣本RTS(Round Trip Sample)； 往返時(shí)間RTT(Round Trip Time) 定時(shí)器寬度TimeOut Kahn算法 無重傳情況 RTT =* Old_RTT + (1-)* RTS TimeOut = * RTT 有重傳

9、情況 New_TimeOut = * TimeOut,Kahn算法,Sender,Receiver,Original transmission,ACK,SampleR,TT,Retransmission,Sender,Receiver,Original transmission,ACK,SampleR,TT,Retransmission,流量控制與可變窗口大小,在每個(gè)確認(rèn)的TCP報(bào)文中，除了指出已經(jīng)接收到的字節(jié)之外，還包括一個(gè)窗口通告（window advertisement）來說明接收方還能再接收多少字節(jié)的數(shù)據(jù)，發(fā)送方根據(jù)通告窗口大小來改變發(fā)送窗口的大小，從而限制發(fā)送方的發(fā)送速度。 極端的情

10、況下，接收方可以使用零通告值來告訴發(fā)送方停止發(fā)送任何數(shù)據(jù)。而在接收方又有緩沖區(qū)時(shí)，接收方可以通過一個(gè)非零的窗口值來再次觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。,擁塞控制,TCP如何發(fā)現(xiàn)擁塞 一條途徑是來自ICMP的源抑制報(bào)文； 另一條途徑是發(fā)現(xiàn)報(bào)文丟失現(xiàn)象。 TCP擁塞控制技術(shù) 快速遞減（multiplicative decrease） 一旦發(fā)現(xiàn)報(bào)文丟失，立即將擁塞窗口大小減半；而對(duì)于保留在發(fā)送窗口中的報(bào)文，按指數(shù)增加RTT； 慢啟動(dòng)（slow-start） 在新建立的連接或擁塞之后增加流量的連接上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，都僅以1個(gè)報(bào)文作為擁塞窗口的初始值，之后每當(dāng)收到一個(gè)確認(rèn)，將擁塞窗口加大1倍。,TCP協(xié)議的特點(diǎn)（1）,提供面向連接的、可靠的、字節(jié)流傳輸 TCP協(xié)議提供面向連接的、可靠的字節(jié)流傳輸對(duì)可靠性的保證首先是它在兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，必須建立TCP連接。 TCP協(xié)議要求