數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-14傳輸層

1、第14講 運(yùn)輸層/傳輸層 課時(shí)授課計(jì)劃 課 程 內(nèi) 容1第14講 運(yùn)輸層內(nèi)容： 與傳輸層相關(guān)的基本概念 TCP的基本內(nèi)容 UDP的基本內(nèi)容 目的與要求： 掌握進(jìn)程通信中客戶(hù)/服務(wù)器模式的基本概念； 掌握傳輸層的基本功能與服務(wù)質(zhì)量QoS的基本概念； 掌握TCP和UDP的基本內(nèi)容； 重點(diǎn)與難點(diǎn)： 重點(diǎn)：TCP、UDP； 難點(diǎn)：TCP。2第14講 運(yùn)輸層課堂討論： TCP？ UDP? 現(xiàn)代教學(xué)方法與手段： 投影 PowerPoint幻燈課件復(fù)習(xí)（提問(wèn)）： 解釋本地路由？ 3第八章 傳輸層和高層協(xié)議8.1 傳輸層8.2 實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議8.3 遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用48.1 傳輸層 傳輸服務(wù) 傳輸協(xié)議的要素 Int

2、ernet的傳輸協(xié)議5傳輸服務(wù) 傳輸層的功能及在協(xié)議層次中的作用 傳輸層提供的服務(wù) 傳輸服務(wù)原語(yǔ)6傳輸層在OSI模型中的位置 介于通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)之間，對(duì)高層用戶(hù)屏蔽了通信的細(xì)節(jié) 彌補(bǔ)了通信子網(wǎng)所提供服務(wù)的差異和不足，提供端到端之間的無(wú)差錯(cuò)保證 傳輸層工作的繁簡(jiǎn)取決于通信子網(wǎng)提供服務(wù)的程度7傳輸層與上下層之間的關(guān)系 傳輸層使高層用戶(hù)看見(jiàn)的好象就在兩個(gè)傳輸層實(shí)體之間有一條端到端的、可靠的、全雙工的通信通路（即數(shù)字管道） 8傳輸層提供的服務(wù) 面向連接的服務(wù)：通信可靠，對(duì)數(shù)據(jù)有校驗(yàn)和重發(fā)如TCP/IP模型中的FTP、Telnet面向非連接的服務(wù)：對(duì)數(shù)據(jù)無(wú)校驗(yàn)和重發(fā)，通信速率高如TCP/IP模型中的

3、SNMP 9傳輸服務(wù)原語(yǔ)是應(yīng)用程序和傳輸服務(wù)之間的接口 一個(gè)典型的面向連接的服務(wù)原語(yǔ) 10伯克利套接字11典型的套接字應(yīng)用過(guò)程套接字的使用與文件的使用類(lèi)似12傳輸協(xié)議的要素傳輸層與數(shù)據(jù)鏈路層的比較 相同點(diǎn)：數(shù)據(jù)的傳送 不同點(diǎn)：數(shù)據(jù)鏈路層通過(guò)物理通道直接通信，而在傳輸層，其面對(duì)的傳輸通道是一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)鏈路層的通信是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，每條輸出線對(duì)應(yīng)了唯一的一個(gè)設(shè)備，而傳輸層則需要給出目的端地址 13傳輸協(xié)議的要素?cái)?shù)據(jù)鏈路層的連接建立很簡(jiǎn)單，而傳輸層要復(fù)雜得多 在數(shù)據(jù)鏈路層無(wú)中間存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，而在傳輸層，每一途徑的路由器都是存儲(chǔ)、尋徑、轉(zhuǎn)發(fā)，而尋徑到轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間隨路由器本身和路由算法而定 數(shù)據(jù)鏈路層通常使用發(fā)送

4、緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)，而在傳輸層，對(duì)每個(gè)連接都必須分配一定的緩沖區(qū)，其緩沖區(qū)的管理將復(fù)雜得多14傳輸層必須討論： 尋址 連接建立 釋放連接 流量控制和緩沖策略15傳輸服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)TSAP（Transport Service Access Point） 兩個(gè)程序要建立連接時(shí)，必須指明對(duì)方是哪一個(gè)應(yīng)用程序，這個(gè)標(biāo)記稱(chēng)為傳輸層地址，也稱(chēng)為傳輸服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（TSAP） 在TCP協(xié)議中即TCP的端口號(hào) 網(wǎng)絡(luò)層地址稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)NSAP（Network Service Access Point） NSAP在IP協(xié)議中即IP地址 16連接方案舉例 訪問(wèn)一個(gè)時(shí)間服務(wù)器17訪問(wèn)一個(gè)時(shí)間服務(wù)器的說(shuō)明1.主機(jī)2上的定

5、時(shí)器服務(wù)進(jìn)程將自己連到122號(hào)TSAP上，等待即將到來(lái)的請(qǐng)求。例如，可以用LISTEN調(diào)用 2.主機(jī)1上的一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程想找出當(dāng)天的時(shí)間，便發(fā)出一個(gè)CONNECT請(qǐng)求，將6號(hào)TSAP設(shè)定為源地址，將122號(hào)TSAP設(shè)定為目的地址 3.主機(jī)1的傳輸實(shí)體使用其網(wǎng)絡(luò)地址并通過(guò)主機(jī)2的網(wǎng)絡(luò)地址，便能與主機(jī)2的傳輸實(shí)體通話(huà)了 4.主機(jī)1上的傳輸實(shí)體向主機(jī)2上對(duì)等端說(shuō)的第一句話(huà)是：“我想在我的6號(hào)TSAP和你的122號(hào)TSAP之間建立一個(gè)傳輸連接，如何?” 5.主機(jī)2上的傳輸實(shí)體便詢(xún)問(wèn)122號(hào)TSAP的定時(shí)服務(wù)器是否愿意接受一個(gè)新的連接，如果它同意，傳輸連接便建立成功 18如何知道對(duì)方的TSAP well-

6、known TSAP 每個(gè)服務(wù)都有自己固定的TSAP，所有網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)都知道采用名字服務(wù)器（name server）或目錄服務(wù)器（directory server） 用戶(hù)與名字服務(wù)器建立連接，向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)報(bào)文，指明服務(wù)的名稱(chēng)，服務(wù)器將該服務(wù)對(duì)應(yīng)的TSAP返回給用戶(hù)。類(lèi)似于114查號(hào) 對(duì)方將分配的TSAP通知主機(jī)19對(duì)方將分配的TSAP通知主機(jī) 初始連接協(xié)議（initial connection protocol）20TSAP地址的結(jié)構(gòu) 層次型：TSAP地址= NSAP地址+ 本地應(yīng)用標(biāo)識(shí)（端口號(hào)） 平面型：需要一個(gè)名字服務(wù)器來(lái)解析。輸入TSAP，輸出它的網(wǎng)絡(luò)地址 21連接建立 通信子網(wǎng)的不可靠

7、性 通信子網(wǎng)中存在著延時(shí)和分組的丟失，以及由于延時(shí)和丟失而帶來(lái)的重復(fù)分組 由于通信子網(wǎng)的盡力而為的傳輸原則，一個(gè)早已超時(shí)的分組最終還是到達(dá)了目的端，所以有必要將分組的生命周期限制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi) 連接建立時(shí)，如何處理過(guò)期分組，保證連接的唯一性是連接建立過(guò)程中首要考慮的問(wèn)題 常用的方法是：三次握手法 22連接建立過(guò)程 正常的三次握手過(guò)程 非正常的連接建立過(guò)程 由延遲重復(fù)導(dǎo)致的連接過(guò)程 同時(shí)出現(xiàn)作廢的CR和ACC的情況 23正常的連接建立過(guò)程 正常連接的三次握手過(guò)程 主機(jī)1發(fā)出連接請(qǐng)求序號(hào)為x(seq=x)，主機(jī)2應(yīng)答接受主機(jī)1的連接請(qǐng)求，并聲明自己的序列號(hào)為y(seq=y,ACK=x)，主機(jī)1

8、收到確認(rèn)后發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)TPDU并確認(rèn)主機(jī)2的序列號(hào)(seq=x,ACK=y)，至此，整個(gè)連接建立過(guò)程正常結(jié)束，數(shù)據(jù)傳輸已正式開(kāi)始CR：Connection Request（連接請(qǐng)求）ACC：Connection Accepted（接受連接）24非正常的連接建立過(guò)程1 出現(xiàn)延遲的重復(fù)TPDU時(shí)三次握手的工作過(guò)程 來(lái)自一個(gè)已經(jīng)釋放連接的主機(jī)1的延遲重復(fù)的連接請(qǐng)求，該TPDU在主機(jī)1毫不知曉的情況下到達(dá)主機(jī)2。主機(jī)2通過(guò)向主機(jī)1發(fā)送一個(gè)接受連接請(qǐng)求的TPDU來(lái)響應(yīng)該TPDU，并聲明自己的序號(hào)為y(seq=y,ACK=x)，主機(jī)1收到這個(gè)確認(rèn)后感到莫名其妙并當(dāng)即拒絕，主機(jī)2收到了主機(jī)1 的拒絕才意識(shí)

9、到自己受到了延時(shí)的重復(fù)TPDU的欺騙并放棄該連接。據(jù)此，延時(shí)的重復(fù)請(qǐng)求將不會(huì)產(chǎn)生不良后果25非正常的連接建立過(guò)程2 子網(wǎng)中同時(shí)有作廢的CR和ACC的情況 與上例一樣，主機(jī)2收到了一個(gè)延時(shí)的CR并做了確認(rèn)應(yīng)答。在這里，關(guān)鍵是要認(rèn)識(shí)到主機(jī)2已經(jīng)聲明使用y作為從主機(jī)2到主機(jī)1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏夹蛱?hào)，因此主機(jī)2十分清楚在正常情況下，主機(jī)1的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)捎帶對(duì)y確認(rèn)的TPDU。于是，當(dāng)?shù)诙€(gè)延時(shí)的TPDU到達(dá)主機(jī)2時(shí)，主機(jī)2根據(jù)它確認(rèn)的是序號(hào)z而不是y知道這也是一個(gè)過(guò)時(shí)的重復(fù)TPDU。因此也不會(huì)無(wú)故建立無(wú)人要求的連接 26釋放連接 非對(duì)稱(chēng)釋放 一方中止連接，則連接即告中斷缺陷：可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失對(duì)稱(chēng)釋放A提

10、出中止請(qǐng)求，B同意即中止問(wèn)題：B如何知道A 收到了它的確認(rèn)?27非對(duì)稱(chēng)釋放 一方中止連接，則連接即告中斷 當(dāng)連接建立后，主機(jī)1發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)TPDU并正確抵達(dá)主機(jī)2，接著，主機(jī)1發(fā)送了第二個(gè)數(shù)據(jù)TPDU，然而，主機(jī)2在收到第二個(gè)TPDU之前先突然發(fā)出了DISCONNECT(釋放連接請(qǐng)求)，結(jié)果是連接立即被釋放，數(shù)據(jù)被丟失 。突然釋放連接將造成數(shù)據(jù)丟失 28對(duì)稱(chēng)釋放 A提出中止請(qǐng)求，B同意即中止 對(duì)稱(chēng)釋放方式適用于每個(gè)用戶(hù)進(jìn)程有固定數(shù)量的數(shù)據(jù)需要發(fā)送，而且清楚地知道何時(shí)發(fā)送完畢的情況 其他情況下，決定所有工作是否已經(jīng)完成，連接是否應(yīng)該釋放，可能是沒(méi)有把握的 可以假想一種協(xié)議： A說(shuō)：“我發(fā)送完了

11、。你呢?” 如果B響應(yīng)：“我也發(fā)送完了。再見(jiàn)?！?A收到了B的確認(rèn)，連接便可以被安全釋放 29對(duì)稱(chēng)釋放的幾種情況三次握手的正常情況 最后的確認(rèn)TPDU丟失 應(yīng)答丟失 應(yīng)答丟失以及后續(xù)的DR丟失30三次握手的正常情況主機(jī)1在結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸后決定釋放連接，于是發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，主機(jī)2在收到主機(jī)1 的DR后同意釋放連接，也發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，主機(jī)1 在計(jì)時(shí)器沒(méi)有超時(shí)前收到主機(jī)2 的DR，便正式釋放連接并發(fā)送ACK，主機(jī)2也在計(jì)時(shí)器沒(méi)有超時(shí)前收到主機(jī)1 的ACK，于是也釋放了連接，至此整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，包括建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和釋放連接的過(guò)程正常結(jié)束31最后的確認(rèn)TPDU丟失主機(jī)1在結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸后決

12、定釋放連接，于是發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，主機(jī)2在收到主機(jī)1 的DR后同意釋放連接，也發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，主機(jī)1 在計(jì)時(shí)器沒(méi)有超時(shí)前收到主機(jī)2 的DR，便正式釋放連接并發(fā)送ACK，然而主機(jī)2在計(jì)時(shí)器超時(shí)后還未收到主機(jī)1 的ACK，但是由于已經(jīng)超時(shí)，于是也釋放了連接 32應(yīng)答丟失主機(jī)1在結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸后決定釋放連接，于是發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，主機(jī)2在收到主機(jī)1 的DR后同意釋放連接，也發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，然而，主機(jī)1 在計(jì)時(shí)器超時(shí)后還未收到主機(jī)2 的DR，于是又重新發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，下面便是一個(gè)正常的三次握手，并最后正常釋放連接，即整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程正常結(jié)束 33應(yīng)答丟失以及后續(xù)的DR丟失主機(jī)1

13、在結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸后決定釋放連接，于是發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，主機(jī)2在收到主機(jī)1 的DR后同意釋放連接，也發(fā)送DR并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，然而，緊接著的一段時(shí)間內(nèi)，線路遇到了災(zāi)難性的干擾，無(wú)論是哪一方的超時(shí)重發(fā)的TPDU都不能到達(dá)對(duì)方，最終，接收方計(jì)時(shí)器的超時(shí)而也釋放連接，發(fā)送方經(jīng)過(guò)n次重發(fā)和超時(shí)后只能無(wú)奈地放棄努力并釋放連接 34流量控制和緩沖策略流量控制是發(fā)送方和接收方之間的傳輸速率上的匹配，為使沒(méi)有得到確認(rèn)的PDU在超時(shí)后的重發(fā)，通常必須在緩沖區(qū)中暫存 在數(shù)據(jù)鏈路層，實(shí)現(xiàn)的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，雙方緩沖區(qū)的大小根據(jù)滑動(dòng)窗口協(xié)議而定 而傳輸層實(shí)現(xiàn)的是端到端的通信，某一時(shí)刻，一臺(tái)主機(jī)可能同時(shí)與多臺(tái)主機(jī)建立了連接，