第六章 網絡傳輸服務(1)

1、1第六章第六章 網絡傳輸服務網絡傳輸服務（一）（一）26.1傳輸服務的地位和作用傳輸服務的地位和作用6.2傳輸協議的基本要素傳輸協議的基本要素6.3面向連接的面向連接的TCP協議協議6.4無連接的無連接的UDP協議協議第六章第六章 網絡傳輸服務網絡傳輸服務36.1 傳輸服務的地位和作用傳輸服務的地位和作用1）什么是傳輸服務）什么是傳輸服務2）傳輸層的地位）傳輸層的地位3）傳輸層的必要性）傳輸層的必要性4）傳輸層的功能）傳輸層的功能41）什么是傳輸服務）什么是傳輸服務 為應用進程提供端到端的服務為應用進程提供端到端的服務 增強網絡層提供的服務質量增強網絡層提供的服務質量QoS應用進程應用進程應用

2、進程應用進程網絡層網絡層網絡層網絡層傳輸實體傳輸實體傳輸實體傳輸實體TPDU接口接口接口接口TSAP（傳輸地址）（傳輸地址）NSAP（網絡地址）（網絡地址）傳輸協議傳輸協議5什么是傳輸實體什么是傳輸實體Transport Entity 在收在收/發(fā)兩端的傳輸層實現對等實體通信發(fā)兩端的傳輸層實現對等實體通信的硬件或軟件的硬件或軟件 利用網絡層提供的點到點的分組傳輸服務利用網絡層提供的點到點的分組傳輸服務 向高層提供端到端的向高層提供端到端的TPDU（傳輸協議數據（傳輸協議數據單元）傳輸服務單元）傳輸服務6軟件軟件系統(tǒng)系統(tǒng)硬件硬件系統(tǒng)系統(tǒng)主機主機 總線總線CPU內存內存外設外設硬盤硬盤網卡網卡打印

3、打印軟盤軟盤終端終端操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)文字處理文字處理通信網絡通信網絡文件文件管理管理開發(fā)開發(fā)工具工具高級高級語言語言設備設備驅動驅動應應用用軟軟件件應應用用軟軟件件傳輸實體的實現傳輸實體的實現 用戶進程用戶進程 網絡應用程序網絡應用程序 OS內核內核 網卡網卡/子網接口子網接口7點到點的傳輸點到點的傳輸 (Point-to-Point)AEndCEndBEndR1R2R3A-to-R1R3-to-R1R1-to-R2R2-to-BR1-to-R2R3-to-R2C-to-R3R1-to-A8端到端的傳輸端到端的傳輸 (End-to-End)R1R3R2AEndCEndBEnd9FramePac

4、ketTPDUTPDU傳輸協議數據單元傳輸協議數據單元TPDUDataDataDataPacketTPDUData傳輸層的數據封裝傳輸層的數據封裝102）傳輸層的地位）傳輸層的地位傳輸層傳輸層Transport傳輸層傳輸層TransportOSI上三層上三層OSI上三層上三層OSI下三層下三層OSI下三層下三層用戶進程管理用戶進程管理通信子網通信子網向上提供標準的傳輸服務向上提供標準的傳輸服務向下屏蔽不同的通信子網向下屏蔽不同的通信子網113）傳輸層的必要性）傳輸層的必要性 網絡層的分組傳輸是不可靠的網絡層的分組傳輸是不可靠的 無法確定數據到達終點的時間無法確定數據到達終點的時間 子網中各站點

5、存儲轉發(fā)的隨機性子網中各站點存儲轉發(fā)的隨機性 無法確定數據未達終點的狀態(tài)無法確定數據未達終點的狀態(tài) 丟失丟失/延遲延遲/即刻到達即刻到達有必要增強網絡層提供的服務質量有必要增強網絡層提供的服務質量12 連接建立的延遲連接建立的延遲 連接建立失敗的概率連接建立失敗的概率 吞吐率吞吐率(Byte/s) 傳輸延遲傳輸延遲 殘余誤碼率殘余誤碼率 保護保護 優(yōu)先級優(yōu)先級 恢復恢復傳輸層服務質量的典型參數傳輸層服務質量的典型參數請求請求確認確認主機主機A主機主機B數據數據A B134）傳輸層的功能）傳輸層的功能 端到端的連接管理端到端的連接管理 建立連接建立連接 數據傳輸數據傳輸 釋放連接釋放連接 流量控

6、制流量控制 差錯控制差錯控制 L4與與L2的比較的比較14TCPTCP連接的狀態(tài)連接的狀態(tài)15L2物理通信信道物理通信信道L4與與L2的比較的比較 功能相似功能相似 流量控制流量控制 差錯控制差錯控制 數據（報文數據（報文/幀）排序幀）排序 傳輸環(huán)境不同傳輸環(huán)境不同 通信子網的存儲能力通信子網的存儲能力L4通信子網通信子網主機主機166.2 傳輸協議的基本要素傳輸協議的基本要素1）標識端點）標識端點 （傳輸用戶）（傳輸用戶）2）建立連接）建立連接3）釋放連接）釋放連接4）流量控制和緩沖策略）流量控制和緩沖策略5）多路復用）多路復用6）崩潰恢復）崩潰恢復171）標識端點）標識端點 需要實現傳輸用

7、戶需要實現傳輸用戶的全網唯一標識的全網唯一標識 定義端點地址定義端點地址 NSAP TSAP 主機地址主機地址應用進程應用進程網絡層網絡層傳輸實體傳輸實體接口接口接口接口TSAP（傳輸地址）（傳輸地址）NSAP（網絡地址）（網絡地址）182）建立連接）建立連接 傳輸連接的概念傳輸連接的概念 識別接收方端點識別接收方端點TSAP 建立連接面臨的問題建立連接面臨的問題 重復連接問題的解決辦法重復連接問題的解決辦法19傳輸連接的概念傳輸連接的概念 概念概念 面向應用層需要傳輸服務的進程面向應用層需要傳輸服務的進程 在兩個傳輸用戶之間建立邏輯聯系在兩個傳輸用戶之間建立邏輯聯系 承認對方是自己的傳輸連接

8、端點承認對方是自己的傳輸連接端點 表象表象 內部表現為一些緩沖區(qū)和一組協議機制內部表現為一些緩沖區(qū)和一組協議機制 外部表現為高可靠性外部表現為高可靠性20識別接收方端點識別接收方端點TSAP 連接的發(fā)起方如何確定對方的連接的發(fā)起方如何確定對方的TSAP? 靜態(tài)分配靜態(tài)分配TSAP 每個用戶進程擁有固定的、公開的每個用戶進程擁有固定的、公開的TASP 每個用戶進程始終偵聽每個用戶進程始終偵聽TSAP 動態(tài)分配動態(tài)分配TSAP（用（用C/S方式）方式） 進程服務器，統(tǒng)一處理傳輸連接請求進程服務器，統(tǒng)一處理傳輸連接請求 名字（或目錄）服務器名字（或目錄）服務器21進程服務器進程服務器用戶進程用戶進程

9、服務器進程服務器進程1進程服務器進程服務器服務器進程服務器進程n1.請求連接進程請求連接進程13. 進程進程1的的TSAP2.裝載進程裝載進程1分配分配TSAP客戶機客戶機服務器服務器固定固定/公開公開初始連接協議初始連接協議22名字（目錄）服務器名字（目錄）服務器用戶進程用戶進程服務器進程服務器進程1名字服務器名字服務器服務器進程服務器進程n1.請求連接進程請求連接進程13. 進程進程1的的TSAP 2.目錄查詢目錄查詢 獲知獲知TSAP客戶機客戶機服務器服務器固定固定/公開公開23confirm建立連接面臨的問題建立連接面臨的問題requestconfirmindicationrespon

10、se超時超時requestre-requestindicationindicationresponseresponseconfirm正常連接正常連接重復連接重復連接24重復連接的解決辦法重復連接的解決辦法 非重復非重復TSAP 過時連接表過時連接表 分組的分組的TTL機制機制 三次握手機制三次握手機制25非重復非重復TSAP 方法方法 系統(tǒng)為每次連接賦予一個新的系統(tǒng)為每次連接賦予一個新的TSAP 當連接被釋放時將此當連接被釋放時將此TSAP廢棄廢棄 問題問題 不支持不支持C/S動態(tài)連接方式（沒有公認的動態(tài)連接方式（沒有公認的TSAP地址概念）地址概念）26過時連接表過時連接表 方法方法 為每個

11、連接分配連接標識符，存入為每個連接分配連接標識符，存入TPDU 當連接被釋放時，將此連接信息存入過時連當連接被釋放時，將此連接信息存入過時連接表接表 每個新的連接請求到達時，根據標識符核對每個新的連接請求到達時，根據標識符核對過時連接表，如已過時則視為重復連接過時連接表，如已過時則視為重復連接 問題問題 需要保留歷史記錄，不適應突變情況需要保留歷史記錄，不適應突變情況27分組的分組的TTL機制機制 方法方法 定義和計數每個分組的生存時間定義和計數每個分組的生存時間TTL 超時未達目的地，視為陳舊分組，被拋棄超時未達目的地，視為陳舊分組，被拋棄 問題問題 消除重復連接請求需要依賴子網完成消除重復

12、連接請求需要依賴子網完成 網絡層分組傳輸的不可靠性網絡層分組傳輸的不可靠性28三次握手建立連接三次握手建立連接Three-way handshaking 正常建立連接過程正常建立連接過程 對重復連接的處理對重復連接的處理 重復重復CR 重復重復CR與重復與重復ACC并存并存29三次握手建立連接過程三次握手建立連接過程連接請求連接請求CR(SYN,seq=x)接受連接，回送確認接受連接，回送確認ACC(SYN,seq=y,ACK=x+1)主機主機A主機主機B發(fā)送數據，回送確認發(fā)送數據，回送確認Data(seq=x+1,ACK=y+1)連接成功！連接成功！30重復連接請求重復連接請求CR 重復連接

13、請求重復連接請求CR(SYN,seq=x)接受連接，回送確認接受連接，回送確認ACC(SYN,seq=y,ACK=x+1)主機主機A主機主機B 已建立連接，已建立連接，seq=z拒絕連接，回送確認拒絕連接，回送確認REJECT( ACK=y)x是重復連接請求，是重復連接請求，放棄連接！放棄連接！31重復重復CR與重復與重復ACK 重復重復CR(seq=x)接受連接，回送確認接受連接，回送確認ACC(seq=y, ACK=x+1)主機主機A主機主機B拒絕連接，回送確認拒絕連接，回送確認REJECT( ACK=y)重復重復Data(seq=x, ACK=z)應該應該ACK=y+1，實，實際際ACK

14、=z，重復！，重復！x是重復連接請求，是重復連接請求，放棄連接！放棄連接！323）釋放連接）釋放連接 非對稱釋放非對稱釋放 發(fā)送釋放請求后單方終止連接發(fā)送釋放請求后單方終止連接 有可能丟失對方發(fā)送的數據有可能丟失對方發(fā)送的數據 對稱釋放對稱釋放 各自獨立發(fā)出釋放連接請求各自獨立發(fā)出釋放連接請求 收到對方的釋放確認之后才可釋放連接收到對方的釋放確認之后才可釋放連接 Two-army問題問題33Two-army Problem 通信兵穿越白軍防地，不可靠通信通信兵穿越白軍防地，不可靠通信 藍軍藍軍2不知道藍軍不知道藍軍1是否收到確認，不能貿然行動是否收到確認，不能貿然行動 采用采用“三次握手三次握

15、手”機制機制發(fā)送同時進攻的建議發(fā)送同時進攻的建議接受同時進攻的建議接受同時進攻的建議收到對方的確認收到對方的確認藍軍藍軍1藍軍藍軍234三次握手釋放連接三次握手釋放連接 正常釋放連接正常釋放連接 非正常情況非正常情況 最后的確認最后的確認TPDU丟失丟失 應答應答TPDU丟失丟失 應答及后續(xù)釋放請求應答及后續(xù)釋放請求DR丟失丟失35三次握手正常釋放連接三次握手正常釋放連接發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR FIN,seq=x 啟動計時器啟動計時器 進入進入Fin-Wait-1狀態(tài)狀態(tài)發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR FIN,seq=y,ACK=x+1啟動計時器啟動計時器主機主機A主機主機B釋放連接釋放連

16、接回送確認回送確認ACK釋放連接釋放連接Seq=y,ACK=x+1進入進入Fin-Wait-2狀態(tài)狀態(tài) 半關閉狀態(tài)半關閉狀態(tài)36最后的確認最后的確認TPDU丟失丟失發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器主機主機A主機主機B釋放連接釋放連接回送確認回送確認ACK（超時）（超時）釋放連接釋放連接丟失丟失37應答應答TPDU丟失丟失（超時）（超時）重發(fā)釋放請求重發(fā)釋放請求DR啟動計時器啟動計時器發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器主機主機A主機主機B釋放連接釋放連接回送確認回送確認ACK釋放連接釋放連接發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR

17、啟動計時器啟動計時器發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器丟失丟失38應答和后續(xù)請求丟失應答和后續(xù)請求丟失（超時）（超時）發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器主機主機A主機主機B發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器發(fā)送釋放請求發(fā)送釋放請求DR啟動計時器啟動計時器丟失丟失（超時）（超時）釋放連接釋放連接（N個超時）個超時）釋放連接釋放連接394）流量控制和緩沖策略）流量控制和緩沖策略 流量控制（調整收流量控制（調整收/發(fā)速率）發(fā)速率） 滑動窗口協議滑動窗口協議 緩沖策略緩沖策略 L2 發(fā)送方緩沖區(qū)：準備重傳發(fā)送方緩沖區(qū)：準備重傳 接收方緩沖區(qū)：準備排序接收方緩沖

18、區(qū)：準備排序 L4 通信子網的隨機特性，不同于通信子網的隨機特性，不同于L240傳輸層的緩存策略和管理傳輸層的緩存策略和管理 緩存方式和策略緩存方式和策略 緩沖區(qū)的動態(tài)分配和管理緩沖區(qū)的動態(tài)分配和管理 發(fā)送方申請發(fā)送方申請/接收方分配接收方分配 接收方在應答中夾帶新的分配信息接收方在應答中夾帶新的分配信息 阻塞阻塞 潛在死鎖潛在死鎖41緩存方式和策略緩存方式和策略 方式方式 固定大小固定大小 可變大小可變大小 為每個連接建立一個大的循環(huán)緩沖區(qū)為每個連接建立一個大的循環(huán)緩沖區(qū) 策略策略 發(fā)送方建緩沖區(qū)：適于低速突發(fā)信息傳輸發(fā)送方建緩沖區(qū)：適于低速突發(fā)信息傳輸 接收方建緩沖區(qū)：適于高速平穩(wěn)信息傳輸

19、接收方建緩沖區(qū)：適于高速平穩(wěn)信息傳輸42分配緩沖區(qū)分配緩沖區(qū)發(fā)送發(fā)送0發(fā)送發(fā)送1發(fā)送發(fā)送2接收接收0接收接收1丟失丟失AB申請申請8個緩沖區(qū)個緩沖區(qū)分配分配4個緩沖區(qū)個緩沖區(qū)43改變緩沖區(qū)改變緩沖區(qū)發(fā)送發(fā)送3發(fā)送發(fā)送4接收接收3接收接收4AB應答數據應答數據0和和1分配分配3個緩沖區(qū)個緩沖區(qū)超時重傳超時重傳2接收接收244阻塞阻塞發(fā)送發(fā)送5發(fā)送發(fā)送6接收接收5接收接收6AB應答數據應答數據4，緩沖區(qū)，緩沖區(qū)0應答數據應答數據4，緩沖區(qū)，緩沖區(qū)1應答數據應答數據4，緩沖區(qū)，緩沖區(qū)245潛在死鎖潛在死鎖AB應答數據應答數據6，緩沖區(qū)，緩沖區(qū)0應答數據應答數據6，緩沖區(qū)，緩沖區(qū)4丟失丟失保持阻塞狀態(tài)

20、保持阻塞狀態(tài)等待分配緩沖區(qū)等待分配緩沖區(qū)等待接收數據等待接收數據用定時報告解除用定時報告解除465）多路復用）多路復用 向上多路復用向上多路復用 多個傳輸連接復用同一個網絡連接多個傳輸連接復用同一個網絡連接 向下多路復用向下多路復用 一個傳輸連接在多個網絡連接上循環(huán)傳輸一個傳輸連接在多個網絡連接上循環(huán)傳輸L5L4L3L5L4L3476）崩潰恢復）崩潰恢復 什么是崩潰什么是崩潰 主機或路由器不能正常工作，造成主機或路由器不能正常工作，造成TPDU傳傳輸過程中斷輸過程中斷 什么是崩潰恢復什么是崩潰恢復 恢復崩潰前的工作狀態(tài)，繼續(xù)恢復崩潰前的工作狀態(tài)，繼續(xù)TPDU傳輸傳輸 崩潰恢復需要解決的問題崩潰

21、恢復需要解決的問題 崩潰前發(fā)送的最后一個崩潰前發(fā)送的最后一個TPDU是否需要重傳是否需要重傳 解決辦法解決辦法48崩潰恢復的解決辦法崩潰恢復的解決辦法 崩潰前的狀態(tài)崩潰前的狀態(tài) 發(fā)送主機的狀態(tài)發(fā)送主機的狀態(tài) 接收主機的狀態(tài)接收主機的狀態(tài) 發(fā)送主機對最后發(fā)送主機對最后TPDU的處理的處理 結論結論 崩潰恢復工作必須由更高層次（應用層）來崩潰恢復工作必須由更高層次（應用層）來完成。完成。49lastlastACK崩潰前發(fā)送主機的狀態(tài)崩潰前發(fā)送主機的狀態(tài) S0 最后一個最后一個TPDU已被確認已被確認 S1 最后一個最后一個TPDU未被確認未被確認50崩潰前接收主機的狀態(tài)崩潰前接收主機的狀態(tài) 舉例：

22、收到舉例：收到TPDU后，回送確認，進行寫操作后，回送確認，進行寫操作 工作順序工作順序AW：先回送確認，再進行寫操作：先回送確認，再進行寫操作WA：先進行寫操作，再回送確認：先進行寫操作，再回送確認 崩潰前狀態(tài)崩潰前狀態(tài) AC(W)：確認：確認-崩潰崩潰-未寫未寫 AWC： 確認確認-寫寫-崩潰崩潰 C(AW)：崩潰：崩潰-未確認未確認/寫寫 舉例舉例 WC(A)：寫：寫-崩潰崩潰-未確認未確認 WAC： 寫寫-確認確認-崩潰崩潰 C(WA)：崩潰：崩潰-未寫未寫/確認確認51崩潰前接收主機狀態(tài)舉例崩潰前接收主機狀態(tài)舉例ACWAWCCAWCWAWACWCA52發(fā)送主機對最后發(fā)送主機對最后TPDU的處理的處理 重傳策略重傳策略 重傳重傳 不重傳不重傳 在在S0狀態(tài)下重傳狀態(tài)下重傳 在在S1狀態(tài)下重傳狀態(tài)下重傳 重傳策略的差錯比較重傳策略的差錯比較53重傳最后的重傳最后的TPDUACWAWCCAWCWAWACWCA54不重傳最后的不重傳最后的TPDUACWAWCCAWCWAWACWCA55在在S0狀態(tài)下