通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)

現(xiàn)代通信網(wǎng)2012秋季專業(yè)課主講楊武軍wujun@，86－88166348通信工程系通信與信息工程學院西安郵電大學12/13/20221YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!第六章Internet6.1Internet概述6.2協(xié)議與互連的原理6.3IP層6.4運輸層

6.5應用層6.6IPv612/13/20222YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!第十章Internet的運輸層applicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicallogicalend-endtransport問題：1)IP層只提供Best－effort的服務，如果用戶需要可靠的服務怎么辦？2)主機上正在通信的一對進程相互間如何尋址？12/13/20223YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!Internet傳輸層協(xié)議概述應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接入層TCPUDP12/13/20224YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!1運輸層的協(xié)議和服務兩個運輸層協(xié)議TCP，UDP運輸層提供基于端口號的復用能力。運輸層運行于端系統(tǒng)之上，提供不同主機上進程之間的邏輯通信能力。TCP在兩個進程間提供可靠數(shù)據(jù)傳送服務TCP段的結構接收證實和超時重傳流量控制連接管理擁塞控制但TCP不保證時延和帶寬12/13/20225YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2TCP報文段的格式源端口號目的端口號32bits應用數(shù)據(jù)（可變長）順序號確認號接收窗口緊急指針校驗和FSRPAU頭部長度保留可選項(變長)20字節(jié)小于40字節(jié)64k字節(jié)順序號：當SYN＝1，代表初始序號ISN；其它時候SN表示該段中個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號。確認號：代表TCP接收實體期望接收的下一個字節(jié)的序號。頭部長度：以32bit為單位。接收窗口：由接收方給出的愿意接受的字節(jié)數(shù)量，起始序號由確認號字段給出。校驗和：對整個報文段進行校驗。12/13/20226YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!3TCP的連接管理面向連接:為實現(xiàn)一對進程之間可靠的數(shù)據(jù)通信，TCP采用了面向連接的方式，即在進程間先建立連接，再傳輸數(shù)據(jù)。連接是實現(xiàn)可靠傳輸機制的基礎連接的標識：IP地址＋端口號（運輸層）＝連接，該連接又被稱為套接字Socket。TCP連接是主機到主機的連接，即只在直接通信的兩個主機上維持連接狀態(tài)。套接字是一個全雙工連接A->B=【（本地IP，本地端口），（遠端IP，遠端端口）】12/13/20227YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!基于套接字的多路分解ClientIP:BP1clientIP:AP1P2serverIP:CSP:9157DP:80SP:9157DP:80P4P3D-IP:CS-IP:AD-IP:CS-IP:BSP:5775DP:80D-IP:CS-IP:B12/13/20228YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!連接的建立過程：三次握手每一方通知對方自己將要使用的初始SN。為什么不簡單的用0?每一方確認對方的SNSYN-ACK:確認SN+1第二個SYN可以和個ACK合并SYN:SN＝xACK:AN＝x+1SYN:SN＝y(tǒng)ACK:AN＝y(tǒng)+1ClientServer12/13/20229YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!4TCP的流量控制問題：如何限制發(fā)送者的速率以實現(xiàn)收發(fā)速率匹配？鏈路層采用固定窗口大小的流量控制。TCP采用由接收方在ACK中通知發(fā)送方可用窗口大小（信用量）流控機制。。但主機到主機的往返時延RTT（round-triptime)變化大。為什么要引入這種復雜性？12/13/202210YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!acknowledgedsent可以發(fā)送的超出window的SourcePortDest.PortSequenceNumberAcknowledgmentHL/FlagsWindowD.ChecksumUrgentPointerOptions…SourcePortDest.PortSequenceNumberAcknowledgmentHL/FlagsWindowD.ChecksumUrgentPointerOptions...PacketSentPacketReceivedTCP發(fā)送側：流量控制參數(shù)12/13/202211YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!信用量機制示例12/13/202212YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!確定RTT由于Internet的狀態(tài)隨時間在變，固定的RTT值對實際的網(wǎng)絡情況就可能有時顯得太長，有時又太短。因此TCP采用觀察最近的報文段的往返時延的方法來估計RTT，然后設定一個大一些的值。TCP的RTT估值公式

估計RTT＝（1－а）×估計RTT＋а×樣本RTT

其中，在【RFC2988】а的參考值а＝0.125。

含義是，使RTT對短暫的時延變化不敏感。12/13/202213YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!TCP的丟失重傳機制由于網(wǎng)絡層不提供反饋信息，為保證可靠傳輸，TCP必須采用超時/重傳機制來處理報文段的丟失問題。丟失的定義：超時或連續(xù)收到三個冗余的ACK。問題的關鍵：如何設定超時定時器RTO？顯然，RTO必須大于RTT，否則會造成不必要的重傳。12/13/202214YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!TCP:重傳示例HostASeq=100,20bytesdataACK=100timeprematuretimeoutHostBSeq=92,8bytesdataACK=120Seq=92,8bytesdataSeq=92timeoutACK=120HostASeq=92,8bytesdataACK=100losstimeoutlostACKscenarioHostBXSeq=92,8bytesdataACK=100timeSeq=92timeoutSendBase=100SendBase=120SendBase=120Sendbase=10012/13/202215YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!5TCP的擁塞控制概述原因:流進網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)量超過了網(wǎng)絡的處理能力信源不能知道網(wǎng)絡的實時狀態(tài)。信源彼此之間互相不知道對方的行為流量控制的區(qū)別：控制機制相似，但觸發(fā)的原因與目的不同。擁塞導致的現(xiàn)象：分組丟失，時延加大，網(wǎng)絡吞吐量下降10Mbps100Mbps1.5Mbps12/13/202216YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!TCP擁塞控制要解決的3個問題1）如何限制一個已發(fā)生擁塞的連接的發(fā)送速率？2）TCP發(fā)送方如何確定發(fā)生了擁塞？3）當確定發(fā)生了擁塞后，采用什么算法來改變發(fā)送速率？12/13/202217YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!擁塞的確定與控制算法在TCP發(fā)送方，如果超時，或連續(xù)受到三個冗余的ACK，則認為發(fā)生分組丟失事件，從而判定擁塞。TCP的擁塞控制算法：加性增，乘性減AIMD（additive-increaseandmultiplicative-decrease)慢啟動（slow－start）超時反應12/13/202218YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!慢啟動的詳解當可用帶寬遠大于Cwin/RTT時，線性增長速率的方式太慢。慢啟動的思想是：TCP連接建立后，從一個較慢的速率開始，但以指數(shù)方式增加發(fā)送速率，直到達到慢啟動門限SSTH。HostAonesegmentRTTHostBtimetwosegmentsfoursegments12/13/202219YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!TCP擁塞控制的結論擁塞控制的實現(xiàn)是依靠對發(fā)送方Cwin參數(shù)的調整實現(xiàn)的。Cwin的變化在慢啟動和擁塞避免階段是不同的?？赡艿母倪M應在哪兒？注意：TCP的流量控制，丟失重傳和擁塞控制是協(xié)同工作的。12/13/202220YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!TCP/UDP報文段格式0816243116位源端口16位目的端口32位序列號32位確認號URGACKPSHRSTSYNFIN首部長度保留(6位)16位窗口大小16位TCP校驗和16位緊急指針選項數(shù)據(jù)0816243116位源端口16位目的端口16位UDP校驗和數(shù)據(jù)UDP報文段格式TCP報文段格式16位UDP長度12/13/202221YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!TCP保證可靠服務的機制數(shù)據(jù)報丟失：引入接收確認，重傳機制錯序：在段中引入順序號，使在最終目的地可以進行分段的重裝。Checksum：保證識別傳輸中的差錯慢的接收者：引入流控機制，使接收者可控制發(fā)送者的速率。網(wǎng)絡擁塞：控制源端的發(fā)送量，使之不超過網(wǎng)絡的處理能力。并發(fā)復用：引入端口號來區(qū)分不同的連接12/13/202222YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!緊急指針：該字段的值加上報文段的序號后，代表緊急數(shù)據(jù)序列的最后一個字節(jié)，它使收方能夠知道共有多少緊急數(shù)據(jù)到來。URG：置位代表緊急指針字段有意義。ACK:確認號字段有意義。PSH：強制交付RST：重建連接SYN：序號同步和連接建立。FIN：本端不再發(fā)送數(shù)據(jù)，連接釋放參數(shù)含義12/13/202223YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!Socket的概念進程進程InternetOS控制程序員控制TCP層SocketBSocketA12/13/202224YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!TCPF

T

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PUDP2123255369161520TCP保留端口號R

I

P應用層傳輸層在C/S模式下，提供特定服務的服務器必須公開其服務端口號，所有的Internet標準服務都有自己的保留端口號，這些端口號被稱為well-knownport,一般1024以內(nèi)的端口將被OS保留。所有的Internet服務使用的周知端口列表可在.找到12/13/202225YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!連接的釋放過程每一方獨立發(fā)起釋放過程發(fā)送FIN消息“I’mnotgoingtosendanymoredata”另一方可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)單向連接確認必須繼續(xù)確認FIN確認最后的SN+1釋放過程看成兩個獨立的單工連接來理解ABFIN,SN＝aACK,AN=a+1ACK,DataACK,AN=B+1FIN,SN=B12/13/202226YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!滑動窗口協(xié)議中的發(fā)送方順序號：Seq，發(fā)送方必須在分組頭中包含一個順序號。窗口尺寸：W,允許的連續(xù)發(fā)送未被證實的分組的最大個數(shù)。證實信號：Ack（i);證實0～i－1的分組被正確接受，累計證實策略。定時器：重傳機制：當發(fā)生丟失時，進行重發(fā)糾錯。131415161718192021222324已發(fā)送且證實的已發(fā)送未證實的目前可發(fā)送的TCP窗口WSendBaseNextSeq12/13/202227YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!TCP中的信用量流控機制確認與流控分離的思想：涉及三個字段：順序號SN，確認號AN，窗口尺寸W傳輸?shù)拿總€字節(jié)均分配一個SN。當發(fā)送方收到一個返回的報文段AN＝i，W＝j，它的含義是：序號0～i-1的字節(jié)都被確認，下一個期望接收的字節(jié)是i.發(fā)送方新的窗口大小為W＝j，合法的窗口內(nèi)的序號為i~j-1。12/13/202228YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!TCP的窗口大小確定合理的W值是實現(xiàn)高效率流量控制的關鍵。W的取值顯然與RTT有關，也與接收端可分配的緩沖區(qū)數(shù)量有關。（為簡化分析，先不考慮緩沖區(qū)的限制）設往返時延RTT，線路速率＝Rbps,分組長度=L。則當W≧(RTT×R)/L時，不會造成發(fā)送端因等待確認信號，所引起的線路空閑。直觀上，W與RTT成正比。但實際上W太大無意義，只會增加緩沖區(qū)的開銷。但在Internet上，端到端的時延變化很大，如何確定RTT？12/13/202229YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!結論：TCP的窗口值在發(fā)送一側，TCP的窗口W＝min{Cwin,RcvWin},其中RcvWin由接收方在ACK中給出，而Cwin由發(fā)送方根據(jù)網(wǎng)絡的狀態(tài)確定。因此，發(fā)送方的最大吞吐量＝min{Cwin,RcvWin}/RTT12/13/202230YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!RTO的估算公式顯然，RTO也不應比RTT的估值大太多，否則當出現(xiàn)丟失時，TCP將不能很快地重傳該報文段。估值RTO＝估值RTT＋4×DevRTT（偏差）

DevRTT＝（1－?）×DevRTT＋?×|當前RTT估值－RTT均值）

?推薦值＝0.25.12/13/202231YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!TCP丟失重傳－2HostASeq=92,8bytesdataACK=100losstimeoutCumulativeACKscenarioHostBXSeq=100,20bytesdataACK=120timeSendBase=120結論：實際中，RTO的值一般為1秒左右。一旦發(fā)生超時，TCP將重傳序號最小的未被確認的報文段，并將RTO值加倍。發(fā)送端只為最小的未被確認的報文段啟動一個超時定時器，每收到一個ACK，執(zhí)行一次復位。12/13/202232YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!擁塞控制技術的分類端到端的擁塞控制:沒有來自網(wǎng)絡的顯式擁塞反饋指示端系統(tǒng)只能通過觀測loss,delay等推測擁塞TCP采用次方案網(wǎng)絡輔助的擁塞控制:路由器給端系統(tǒng)提供擁塞指示單比特擁塞指示位指明發(fā)送者應該使用的發(fā)送速率問題:導致路由器行為復雜化根據(jù)網(wǎng)絡層是否為運輸層提供顯式的擁塞狀態(tài)信息來分類12/13/202233YangWu-Jun,xi'anUniversityofPostandTelecommuniations通工專業(yè)現(xiàn)代通信網(wǎng)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!發(fā)送方如何調整發(fā)送速率？接收窗口RcvWin的值由接收方確定，然后通知發(fā)送方，它用來防止接收方緩存溢出。但沒有提供網(wǎng)絡的擁塞狀況。網(wǎng)絡的狀況，由發(fā)