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(jī)和目的主機(jī)之間提供可靠的、透明的、價(jià)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(shí)現(xiàn)為用戶提供有效、可靠的服務(wù)的目標(biāo)。

傳輸實(shí)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(shí)：傳輸服務(wù)用戶發(fā)出傳輸請(qǐng)求連接到收到確認(rèn)之間的時(shí)間，包括遠(yuǎn)端傳輸實(shí)體處理的延時(shí)。延時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)：從源端傳輸用戶發(fā)送報(bào)文開始到目的用戶接收到報(bào)文為止的時(shí)間。

殘余誤碼率：丟失的、錯(cuò)誤的報(bào)文占全部報(bào)文數(shù)的百分比。

優(yōu)先級(jí)：為傳輸用戶提供一種表明連接重要程度的方法。當(dāng)發(fā)生擁塞時(shí)，確保高優(yōu)先級(jí)連接比低優(yōu)先級(jí)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(dòng)終止連接的可能性。運(yùn)輸協(xié)議1通信子網(wǎng)1所提供的服務(wù)運(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)。

主要原語有：

SOCKET服務(wù)原語：用于建立發(fā)方通信端點(diǎn)，返回一個(gè)整數(shù)用作為標(biāo)識(shí)。

BIND服務(wù)原語：用于給新建立的通信端點(diǎn)賦予一個(gè)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(diǎn)和遠(yuǎn)地端點(diǎn)間建立一條連接，在無連接的UDP服務(wù)中是把對(duì)方地址存儲(chǔ)下來。

LISTEN服務(wù)原語：服務(wù)器為請(qǐng)求連接的客戶分配請(qǐng)求連接隊(duì)列空間，并指定隊(duì)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(qǐng)求的到來，請(qǐng)求到達(dá)后，服務(wù)器創(chuàng)建一個(gè)新連接端點(diǎn)，并將該端點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符返給請(qǐng)求端，接著產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)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(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)。

RECV服務(wù)原語：進(jìn)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(jìn)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(jí)

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

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

在數(shù)據(jù)鏈路層：兩個(gè)路由器(交換節(jié)點(diǎn))通過數(shù)據(jù)鏈路直接通信；建立連接的過程簡(jiǎn)單，一個(gè)輸出線對(duì)應(yīng)一個(gè)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(jī)通過整個(gè)通信子網(wǎng)進(jìn)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(dòng)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(jí)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(jí)

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(jì)，不使用N－RESET原語。

B類：分組很少丟失，但時(shí)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(jiǎn)單類，只提供建立和釋放連接的機(jī)制。

1類(B類)：基本錯(cuò)誤恢復(fù)類，提供從N－RESET中恢復(fù)，不需要檢錯(cuò)、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(cuò)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(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)類，能處理分組的丟失、重復(fù)，從N—RESET和其它錯(cuò)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(jí)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(qǐng)求拒絕連接6.2.2傳輸協(xié)議的功能

1.連接的建立

一個(gè)傳輸服務(wù)用戶與另一個(gè)遠(yuǎn)地傳輸服務(wù)用戶的連接存在于兩個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)(TSAP)之間；而對(duì)等傳輸實(shí)體的連接又存在于兩個(gè)NSAP之間。呼叫請(qǐng)求(提供協(xié)議類型)第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級(jí)

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

本地用戶進(jìn)程在與遠(yuǎn)程用戶進(jìn)程建立連接時(shí)必須獲取對(duì)方的TSAP地址！獲取遠(yuǎn)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(yuǎn)端某一公用進(jìn)程，將自己連到122號(hào)TSAP，處于掛起狀態(tài)。②源端機(jī)上的一個(gè)進(jìn)程需查詢時(shí)間時(shí)，發(fā)送連接請(qǐng)求原語T－CONNECT．Request，說明源地址為6號(hào)TASP，目標(biāo)地址是122號(hào)TASP。③源端機(jī)的傳輸層收到請(qǐng)求后，在源主機(jī)和目的主機(jī)上選擇NSAP，并建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，通過網(wǎng)絡(luò)連接兩傳輸實(shí)體可以通話。④源端機(jī)的傳輸實(shí)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(biāo)主機(jī)傳輸實(shí)體向時(shí)間服務(wù)進(jìn)程發(fā)出一個(gè)T－CONNECT．Indication原語。如果122號(hào)TASP上的報(bào)時(shí)服務(wù)進(jìn)程同意，就發(fā)出連接響應(yīng)原語，返回到源端主機(jī)后，就建成傳輸連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級(jí)

本地用戶進(jìn)程在與遠(yuǎn)程用戶進(jìn)程建立連接時(shí)必須獲取對(duì)方的TSA8(2).初始連接法：與遠(yuǎn)端進(jìn)程通過遠(yuǎn)端的公用傳送地址TSAP來建立連接。注冊(cè)進(jìn)程：進(jìn)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(yuǎn)端進(jìn)程的TSAP地址后，如何知道該TSAP處于哪臺(tái)機(jī)器上呢？即如何知道用哪個(gè)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(jī)><端口>

NSAP地址

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

(2).初始連接法：與遠(yuǎn)端進(jìn)程通過遠(yuǎn)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(shí)重傳的連接請(qǐng)求TPDU因在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部滯留時(shí)間過長，連接釋放后才到達(dá)目的端，使目的端誤認(rèn)為是新連接請(qǐng)求而發(fā)出確認(rèn)予以連接，導(dǎo)致下一次源端真正再發(fā)請(qǐng)求建立連接時(shí)，目的端認(rèn)為是重復(fù)請(qǐng)求而丟棄，連接不能實(shí)現(xiàn)。解決辦法：三次握手，即源端對(duì)目的端的回答響應(yīng)還要用AK加以確認(rèn)。請(qǐng)單擊此處顯示動(dòng)畫效果第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級(jí)

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(gè)信息流較少的傳輸連接復(fù)用到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上，以減少網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)目，降低費(fèi)用。

分流：當(dāng)一個(gè)用戶進(jìn)程的信息量大于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接（電路）所能傳輸?shù)男畔⒘繒r(shí)，該用戶傳輸連接可同時(shí)打開多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接（多條虛電路），實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)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(jí)

(a)多路復(fù)用(b)分11接收方

接收?qǐng)?bào)文

buffer個(gè)數(shù)-1

取走報(bào)文

buffer個(gè)數(shù)+1發(fā)送方

響應(yīng)報(bào)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(bào)文

已妥收的報(bào)文序號(hào)

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(shí)現(xiàn)方法：采用可變窗口尺寸的動(dòng)態(tài)緩沖器分配法。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級(jí)

接收方接收?qǐng)?bào)文buffer個(gè)數(shù)-1發(fā)送方已妥收的報(bào)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(dāng)突然發(fā)出斷連請(qǐng)求時(shí)，有可能造成數(shù)據(jù)丟失！

解決方法：雙方只有在確知對(duì)方所發(fā)出的數(shù)據(jù)已妥收，且本方也不準(zhǔn)備再發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，才能發(fā)出斷連請(qǐng)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(jí)

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(jí)

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(jí)14第三節(jié)Internet中TCP

傳輸層包含兩個(gè)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(bào)服務(wù)UDP——適用于無連接服務(wù)

TCP(TransmissionControlProtocol)：提供進(jìn)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(duì)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(diǎn)

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(gè)連接端點(diǎn)。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(rèn)來進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制。5.全雙工連接：TCP允許在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)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(rèn)置于同一數(shù)據(jù)片中。

數(shù)據(jù)片格式：含報(bào)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(jī)器的端口號(hào)上實(shí)現(xiàn)的。

通常是服務(wù)器一方被動(dòng)的等待連接請(qǐng)求的到來，而客戶方執(zhí)行CONNECT原語主動(dòng)請(qǐng)求連接，同時(shí)說明要連接的IP地址、端口號(hào)、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(dāng)通信一方A的應(yīng)用進(jìn)程向TCP軟件通知釋放連接時(shí)，TCP軟件把剩余的數(shù)據(jù)片發(fā)送完畢，然后發(fā)一個(gè)釋放連接數(shù)據(jù)片，對(duì)方B接到釋放連接數(shù)據(jù)片后，發(fā)出確認(rèn)，通知應(yīng)用進(jìn)程，此時(shí)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(dòng)，直到另一方向釋放為止，整個(gè)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(gè)字節(jié)編號(hào)，序號(hào)以232為模，每個(gè)數(shù)據(jù)片都含有該片數(shù)據(jù)中第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。1.超時(shí)重傳

自適應(yīng)算法：用來確定重發(fā)時(shí)間，記錄每一個(gè)數(shù)據(jù)片發(fā)出的時(shí)間和收到相應(yīng)確認(rèn)的時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間之差即往返傳輸時(shí)間(roundtriptime),將各個(gè)數(shù)據(jù)片的往返時(shí)延樣本加權(quán)平均，得到報(bào)文段的平均往返時(shí)間T，每測(cè)得一個(gè)新的往返時(shí)延，逐漸改變這個(gè)平均值：T＝α（舊往返時(shí)延T）＋（l－α）（新的往返時(shí)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(shí)器設(shè)置的重發(fā)時(shí)間應(yīng)略大于計(jì)算出的T。2.流量控制

TCP協(xié)議采用可變滑動(dòng)窗口尺寸來進(jìn)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(shí)現(xiàn)端對(duì)端的流量控制，接收端在所發(fā)送的數(shù)據(jù)片中對(duì)已收到多少字節(jié)進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)用窗口字段說明還準(zhǔn)備接收的字節(jié)數(shù)，即接收方當(dāng)前可用緩沖器大小的說明；根據(jù)改變窗口的通知，發(fā)送