運(yùn)輸層課件制作人

1、課件制作人：李琳第 7 章 運(yùn)輸層課件制作人：李琳目錄7.1 運(yùn)輸層協(xié)議概述7.2 TCP/IP 體系中的運(yùn)輸層7.3 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP 7.4 傳輸控制協(xié)議 TCP課件制作人：李琳7.1 運(yùn)輸層協(xié)議概述 從通信和信息處理的角度看，運(yùn)輸層向它上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，同時(shí)也是用戶功能中的最低層。 物理層網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)輸層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層面向信息處理面向通信用戶功能網(wǎng)絡(luò)功能課件制作人：李琳運(yùn)輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信 54321運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信主機(jī) A主機(jī) B應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 層L

2、AN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 協(xié)議的作用范圍運(yùn)輸層協(xié)議 TCP 和 UDP 的作用范圍AP3課件制作人：李琳應(yīng)用進(jìn)程之間的通信兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信實(shí)際上就是兩個(gè)主機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)程互相通信。 應(yīng)用進(jìn)程之間的通信又稱為端到端的通信。 運(yùn)輸層的一個(gè)很重要的功能就是復(fù)用和分用。應(yīng)用層不同進(jìn)程的報(bào)文通過不同的端口向下交到運(yùn)輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)?！斑\(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信”?！斑壿嬐ㄐ拧钡囊馑际牵哼\(yùn)輸層之間的通信好像是沿水平方向傳送數(shù)據(jù)。但事實(shí)上這兩個(gè)運(yùn)輸層之間并沒有一條水平方向的物理連接。課件制作人：李琳運(yùn)輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要區(qū)別 應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程IP 協(xié)議的作用范

3、圍（提供主機(jī)之間的邏輯通信）TCP 和 UDP 協(xié)議的作用范圍（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）因 特 網(wǎng)課件制作人：李琳運(yùn)輸層的主要功能 運(yùn)輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信（但網(wǎng)絡(luò)層是為主機(jī)之間提供邏輯通信）。運(yùn)輸層還要對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行差錯(cuò)檢測。運(yùn)輸層需要有兩種不同的運(yùn)輸協(xié)議，即面向連接的 TCP 和無連接的 UDP。 課件制作人：李琳運(yùn)輸層與其上下層之間的關(guān)系的 OSI 表示法 運(yùn)輸實(shí)體運(yùn)輸實(shí)體運(yùn)輸協(xié)議運(yùn)輸層層接口 運(yùn)輸服務(wù)用戶（應(yīng)用層實(shí)體） 運(yùn)輸服務(wù)用戶 （應(yīng)用層實(shí)體）層接口 網(wǎng)絡(luò)層（或網(wǎng)際層）應(yīng)用層主機(jī) A主機(jī) B運(yùn)輸層服務(wù)訪問點(diǎn)TSAP網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)訪問點(diǎn)NSAP課件制作人：李琳兩種不同的

4、運(yùn)輸協(xié)議運(yùn)輸層向高層用戶屏蔽了下面網(wǎng)絡(luò)核心的細(xì)節(jié)（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、所采用的路由選擇協(xié)議等），它使應(yīng)用進(jìn)程看見的就是好像在兩個(gè)運(yùn)輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。當(dāng)運(yùn)輸層采用面向連接的 TCP 協(xié)議時(shí)，盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的（只提供盡最大努力服務(wù)），但這種邏輯通信信道就相當(dāng)于一條全雙工的可靠信道。當(dāng)運(yùn)輸層采用無連接的 UDP 協(xié)議時(shí)，這種邏輯通信信道是一條不可靠信道。 運(yùn)輸層向上提供可靠的和不可靠的邏輯通信信道 ？應(yīng)用層運(yùn)輸層發(fā)送進(jìn)程接收進(jìn)程接收進(jìn)程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)全雙工可靠信道數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)使用 TCP 協(xié)議使用 UDP 協(xié)議不可靠信道發(fā)送進(jìn)程課件制作人：李琳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進(jìn)程通信與單機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的進(jìn)程通信

5、的主要區(qū)別：網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的高度自治性；不是在同一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)之中，沒有一個(gè)統(tǒng)一的高層進(jìn)行控制與管理；網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)主機(jī)對(duì)其它主機(jī)的 活動(dòng)狀態(tài) 位于其它主機(jī)系統(tǒng)中的各個(gè)進(jìn)程狀態(tài) 這些進(jìn)程什么時(shí)間參與網(wǎng)絡(luò)活動(dòng) 希望與網(wǎng)絡(luò)中哪一臺(tái)主機(jī)的什么進(jìn)程通信一 概無從知道網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信的特點(diǎn)課件制作人：李琳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信需要解決：進(jìn)程命名與尋址方法多重協(xié)議的識(shí)別進(jìn)程間相互作用的模式課件制作人：李琳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程標(biāo)識(shí)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，不同的進(jìn)程用進(jìn)程號(hào)或進(jìn)程標(biāo)識(shí)（process ID）惟一地標(biāo)識(shí)出來 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中完整的進(jìn)程標(biāo)識(shí)應(yīng)該是： 本地主機(jī)地址-本地進(jìn)程標(biāo)識(shí) 遠(yuǎn)程主機(jī)地址-遠(yuǎn)程進(jìn)程標(biāo)識(shí)進(jìn)程地址也叫做

6、端口號(hào)（port number） 課件制作人：李琳多重協(xié)議的識(shí)別UNIX操作系統(tǒng)的TCP/IP的傳輸層就有TCP協(xié)議和UDP協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個(gè)進(jìn)程的全網(wǎng)惟一的標(biāo)識(shí)需要一個(gè)三元組來表示：協(xié)議，本地地址，本地端口號(hào)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個(gè)完整的進(jìn)程通信標(biāo)識(shí)需要一個(gè)五元組來表示： 協(xié)議 本地地址 本地端口號(hào) 遠(yuǎn)地地址 遠(yuǎn)地端口號(hào)課件制作人：李琳進(jìn)程間的作用模式在TCP/IP協(xié)議體系中，進(jìn)程間的相互作用采用客戶/服務(wù)器(Client/Server)模式 ;客戶與服務(wù)器分別表示相互通信的兩個(gè)應(yīng)用程序的進(jìn)程;客戶向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)客戶的請(qǐng)求，提供客戶機(jī)所需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù); 課件制作人：李琳與數(shù)據(jù)鏈路

7、層的區(qū)別主機(jī)路由器主機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的職責(zé)數(shù)據(jù)鏈路層的職責(zé)傳輸層的職責(zé)課件制作人：李琳TCP/IP的運(yùn)輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：(1) 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP (User Datagram Protocol)(2) 傳輸控制協(xié)議 TCP (Transmission Control Protocol)7.2 TCP/IP 體系中的運(yùn)輸層7.2.1 運(yùn)輸層中的兩個(gè)協(xié)議課件制作人：李琳兩個(gè)對(duì)等運(yùn)輸實(shí)體在通信時(shí)傳送的數(shù)據(jù)單位叫作運(yùn)輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。TCP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是 TCP 報(bào)文段(segment) UDP 傳送的數(shù)據(jù)單位

8、協(xié)議是 UDP 報(bào)文或用戶數(shù)據(jù)報(bào)。 TCP 與 UDP 課件制作人：李琳TPDU結(jié)構(gòu)與IP分組、幀結(jié)構(gòu)的關(guān)系課件制作人：李琳TCP/IP 體系中的運(yùn)輸層協(xié)議 TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口運(yùn)輸層課件制作人：李琳TCP 與 UDP UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對(duì)方的運(yùn)輸層在收到 UDP 報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)。雖然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情況下 UDP 是一種最有效的工作方式。TCP 則提供面向連接的服務(wù)。TCP 不提供廣播或多播服務(wù)。由于 TCP 要提供可靠的、面向連接的運(yùn)輸服務(wù)，因此不可避免地增加了許多的開銷。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的

9、處理機(jī)資源。 課件制作人：李琳還要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn) 運(yùn)輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)與網(wǎng)際層的IP數(shù)據(jù)報(bào)有很大區(qū)別。IP 數(shù)據(jù)報(bào)要經(jīng)過互連網(wǎng)中許多路由器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，但 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)是在運(yùn)輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。TCP 報(bào)文段是在運(yùn)輸層抽象的端到端邏輯信道中傳送，這種信道是可靠的全雙工信道。但這樣的信道卻不知道究竟經(jīng)過了哪些路由器，而這些路由器也根本不知道上面的運(yùn)輸層是否建立了 TCP 連接。 課件制作人：李琳7.2.2 端口的概念端口就是運(yùn)輸層服務(wù)訪問點(diǎn) TSAP。端口的作用就是讓應(yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程都能將其數(shù)據(jù)通過端口向下交付給運(yùn)輸層，以及讓運(yùn)輸層知道應(yīng)當(dāng)將其報(bào)文段中的數(shù)據(jù)向上通過端口

10、交付給應(yīng)用層相應(yīng)的進(jìn)程。從這個(gè)意義上講，端口是用來標(biāo)志應(yīng)用層的進(jìn)程。 端口在進(jìn)程之間的通信中所起的作用 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層TCP 報(bào)文段UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)程TCP 復(fù)用IP 復(fù)用UDP 復(fù)用TCP 報(bào)文段UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)程端口端口TCP 分用UDP 分用IP 分用IP 數(shù)據(jù)報(bào)IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送方接收方課件制作人：李琳課件制作人：李琳端口 端口用一個(gè) 16 bit 端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)志。端口號(hào)只具有本地意義，即端口號(hào)只是為了標(biāo)志本計(jì)算機(jī)應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計(jì)算機(jī)的相同端口號(hào)是沒有聯(lián)系的。課件制作人：李琳兩類端口 一類是熟知端口，其數(shù)值一般為 01023。當(dāng)一種新的應(yīng)用程序出現(xiàn)時(shí)，必

11、須為它指派一個(gè)熟知端口。另一類則是一般端口，用來隨時(shí)分配給請(qǐng)求通信的客戶進(jìn)程。 課件制作人：李琳熟知端口號(hào)的分配方法UDP的熟知端口號(hào)的分配29端口號(hào)服務(wù)進(jìn)程說明53domain域名服務(wù)67/68DHCP動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議69TFTP簡單文件傳送協(xié)議111RPC遠(yuǎn)程過程調(diào)用123NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議161/162SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議520RIP路由信息協(xié)議課件制作人：李琳TCP的熟知端口號(hào)的分配30端口號(hào)服務(wù)進(jìn)程說明20FTP文件傳輸協(xié)議（數(shù)據(jù)連接）21FTP文件傳輸協(xié)議（控制連接）23TELNET網(wǎng)絡(luò)虛擬終端協(xié)議25SMTP簡單郵件傳輸協(xié)議80HTTP超文本傳輸協(xié)議119NNTP網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸

12、協(xié)議179BGP邊界路由協(xié)議課件制作人：李琳插口(socket) TCP 使用“連接”(而不僅僅是“端口”)作為最基本的抽象，同時(shí)將 TCP 連接的端點(diǎn)稱為插口(socket)，或套接字、套接口。插口和端口、IP 地址的關(guān)系是： IP 地址3 端口號(hào)1500 3, 1500插口(socket)課件制作人：李琳同一個(gè)名詞 socket有多種不同的意思 應(yīng)用編程接口 API 稱為 socket API, 簡稱為 socket。socket API 中使用的一個(gè)函數(shù)名也叫作socket。調(diào)用 socket 函數(shù)的端點(diǎn)稱為 socket。調(diào)用 socke t函數(shù)時(shí)其返回值稱為 socket描述符，可簡

13、稱為 socket。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中連網(wǎng)協(xié)議的 Berkeley 實(shí)現(xiàn)，稱為 socket 實(shí)現(xiàn)。 課件制作人：李琳7.3 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP 7.3.1 UDP 概述 UDP 只在 IP 的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)之上增加了很少一點(diǎn)的功能，即端口的功能和差錯(cuò)檢測的功能。雖然 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接UDP 的主機(jī)不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)只有8個(gè)字節(jié)的首部開銷。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。這對(duì)某些實(shí)時(shí)應(yīng)用是很重要的。 課件制作人：李琳UDP 的主要特點(diǎn) UDP 是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不

14、需要建立連接。UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時(shí)也不使用擁塞控制。UDP 是面向報(bào)文的。UDP 沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的要求。 UDP 支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信。UDP 的首部開銷小，只有 8 個(gè)字節(jié)。 課件制作人：李琳面向報(bào)文的 UDP發(fā)送方 UDP 對(duì)應(yīng)用程序交下來的報(bào)文，在添加首部后就向下交付 IP 層。UDP 對(duì)應(yīng)用層交下來的報(bào)文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報(bào)文的邊界。應(yīng)用層交給 UDP 多長的報(bào)文，UDP 就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個(gè)報(bào)文。接收方 UDP 對(duì) IP 層交上來的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)，在去除首部后就原封不動(dòng)地交付上層的應(yīng)用進(jìn)

15、程，一次交付一個(gè)完整的報(bào)文。應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文。課件制作人：李琳UDP 是面向報(bào)文的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分IP 首部IP 層UDP 首部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分運(yùn)輸層應(yīng)用層報(bào)文應(yīng)用層課件制作人：李琳端口是用報(bào)文隊(duì)列來實(shí)現(xiàn) UDP 端口 51000UDP 端口 69出隊(duì)列入隊(duì)列出隊(duì)列入隊(duì)列TFTP 服務(wù)器TFTP 客戶UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用層運(yùn)輸層課件制作人：李琳7.3.2 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)的首部格式 偽首部源端口目的端口長 度檢驗(yàn)和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)偽首部

16、源端口目的端口長 度檢驗(yàn)和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)用戶數(shù)據(jù)報(bào) UDP 有兩個(gè)字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有 8 個(gè)字節(jié)，由 4 個(gè)字段組成，每個(gè)字段都是兩個(gè)字節(jié)。 偽首部源端口目的端口長 度檢驗(yàn)和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，臨時(shí)把“偽首部”和 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)連接在一起。偽首部僅僅是為了計(jì)算檢驗(yàn)和。計(jì)算 UDP 檢驗(yàn)和的例子 10011001 000

17、10011 153.1900001000 01101000 8.10410101011 00000011 171.300001110 00001011 14.1100000000 00010001 0 和 1700000000 00001111 1500000100 00111111 108700000000 00001101 1300000000 00001111 1500000000 00000000 0（檢驗(yàn)和）01010100 01000101 數(shù)據(jù)01010011 01010100 數(shù)據(jù)01001001 01001110 數(shù)據(jù)01000111 00000000 數(shù)據(jù)和 0（填充）10

18、010110 11101011 求和得出的結(jié)果01101001 00010100 檢驗(yàn)和 04112 字節(jié)偽首部8 字節(jié)UDP 首部7 字節(jié)數(shù)據(jù)填充按二進(jìn)制反碼運(yùn)算求和將得出的結(jié)果求反碼全 0 17 15 1087 13 15 全 0數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 全 0課件制作人：李琳確定應(yīng)用程序在傳輸層是否采用UDP協(xié)議的原則：系統(tǒng)對(duì)性能的要求高于對(duì)數(shù)據(jù)完整性的要求；需要“簡短快捷”的數(shù)據(jù)交換；需要多播和廣播的應(yīng)用； UDP協(xié)議是一種適用于實(shí)時(shí)語音與視頻傳輸?shù)膫鬏攲訁f(xié)議。42課件制作人：李琳 TCP與UDP協(xié)議的比較特征/描述TCPUDP一般描述允許應(yīng)用程序可靠地發(fā)送數(shù)據(jù)，功能齊全

19、簡單、高速，只負(fù)責(zé)將應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層銜接起來面向連接或無連接面向連接，在TPDU傳輸之前需要建立TCP連接無連接，在TPDU傳輸之前不需要建立UDP連接與應(yīng)用層的數(shù)據(jù)接口基于字節(jié)流，應(yīng)用層不需要規(guī)定特定的數(shù)據(jù)格式基于報(bào)文，應(yīng)用層需要將數(shù)據(jù)分成包來傳送可靠性與確認(rèn)可靠報(bào)文傳輸，對(duì)所有的數(shù)據(jù)均要確認(rèn)不可靠，不需要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)確認(rèn)，盡力而為地交付重傳自動(dòng)重傳丟失的數(shù)據(jù)不負(fù)責(zé)檢查是否丟失數(shù)據(jù)和重傳開銷低，但高于UDP很低傳輸速率高，但低于UDP很高適用的數(shù)據(jù)量從少量到幾個(gè)GB的數(shù)據(jù)從少量到幾百個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)適用的應(yīng)用類型對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高的應(yīng)用，例如文件與報(bào)文傳輸發(fā)送數(shù)量比較少、對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求

20、較低的應(yīng)用，例如IP電話、視頻會(huì)議、多播與廣播43課件制作人：李琳7.4 傳輸控制協(xié)議 TCP 7.4.1 TCP 概述 端口發(fā)送 TCP 報(bào)文段TCPTCP接收緩存發(fā)送緩存報(bào)文段報(bào)文段報(bào)文段端口發(fā)送端接收端向發(fā)送緩存寫入數(shù)據(jù)塊從接收緩存讀取數(shù)據(jù)塊應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程課件制作人：李琳TCP 最主要的特點(diǎn)1.TCP 是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議。 應(yīng)用程序在使用TCP協(xié)議之前，必須先建立TCP連接，在傳送數(shù)據(jù)完畢后，必須釋放已經(jīng)建立的TCP連接。TCP 連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。每一條 TCP 連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)(endpoint)，每一條 TCP 連接只能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的（一對(duì)一），無廣播和多

21、播。 TCP 連接的端點(diǎn)不是主機(jī)，不是主機(jī)的IP 地址，不是應(yīng)用進(jìn)程，也不是運(yùn)輸層的協(xié)議端口。TCP 連接的端點(diǎn)叫做套接字(socket)或插口。課件制作人：李琳套接字 (socket) 套接字 socket = (IP地址: 端口號(hào)) (5-1)每一條 TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定。即： TCP 連接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-2)注意：同一個(gè)IP地址可以有多個(gè)不同的TCP連接，同一個(gè)端口號(hào)也可以出現(xiàn)在多個(gè)不同的TCP連接中。課件制作人：李琳2. 支持同時(shí)建立多個(gè)并發(fā)的TCP連接根據(jù)

22、應(yīng)用程序的需要，TCP協(xié)議支持一個(gè)服務(wù)器與多個(gè)客戶端同時(shí)建立多個(gè)TCP連接；也支持一個(gè)客戶端與多個(gè)服務(wù)器同時(shí)建立多個(gè)TCP連接；TCP軟件將分別管理多個(gè)TCP連接。47課件制作人：李琳舉例：一個(gè)Web服務(wù)器的套接字為“1:80”，同時(shí)有三個(gè)客戶端要訪問此服務(wù)器，它們的套接字分別為“:53022”、“:63522”和“:57122”，則服務(wù)器需要同時(shí)建立3個(gè)TCP連接，用五元組表示這3個(gè)連接，分別為：TCP， 1:80， :53022TCP， 1:80， :63522TCP， 1:80， :57122課件制作人：李琳3.TCP 提供可靠交付的服務(wù)。TCP是一種可靠的傳輸服務(wù)協(xié)議，它使用確認(rèn)機(jī)制檢

23、查數(shù)據(jù)是否安全和完整地到達(dá)，并且提供擁塞控制功能；TCP支持可靠數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵是對(duì)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、確認(rèn)與重傳；傳輸層傳輸?shù)目煽啃允墙⒃诰W(wǎng)絡(luò)層基礎(chǔ)上，同時(shí)也就會(huì)受到它們的限制。通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，無差錯(cuò)、不丟失、不重復(fù)、按序到達(dá)。課件制作人：李琳TCP允許通信雙方的應(yīng)用進(jìn)程在任何時(shí)候都能發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP連接的兩端都設(shè)有發(fā)送緩存和接收緩存，用來臨時(shí)存放雙向通信的數(shù)據(jù)。在發(fā)送時(shí)，應(yīng)用程序把數(shù)據(jù)傳送給TCP的緩存后，就可以做自己的事，TCP在合適的時(shí)候把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在接收時(shí)，TCP把收到的數(shù)據(jù)放入緩存，上層的應(yīng)用進(jìn)程在合適的時(shí)候讀取緩存中的數(shù)據(jù)。4. TCP 提供全雙工通信。課件制

24、作人：李琳 “流”指的是流入到進(jìn)程或從進(jìn)程流出的字節(jié)序列?！懊嫦蜃止?jié)流”的含義是：雖然應(yīng)用程序和TCP交互的是一次一個(gè)大小不等的數(shù)據(jù)塊，但TCP把應(yīng)用程序交下來的數(shù)據(jù)看成僅僅是一連串的無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。TCP不保證接收方應(yīng)用程序所收到的數(shù)據(jù)塊和發(fā)送方應(yīng)用程序所發(fā)出的數(shù)據(jù)塊具有對(duì)應(yīng)大小的關(guān)系，但接收方應(yīng)用程序收到的字節(jié)流必須和送方應(yīng)用程序發(fā)出的字節(jié)流完全一樣。接收方的應(yīng)用程序必須有能力識(shí)別收到的字節(jié)流，把它還原成有意義的應(yīng)用層數(shù)據(jù)。5.面向字節(jié)流。課件制作人：李琳TCP 面向流的概念 課件制作人：李琳應(yīng)當(dāng)注意TCP 對(duì)應(yīng)用進(jìn)程一次把多長的報(bào)文發(fā)送到TCP 的緩存中是不關(guān)心的。TCP 根據(jù)對(duì)方給出的

25、窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)（UDP 發(fā)送的報(bào)文長度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。如果應(yīng)用進(jìn)程傳送到TCP緩存的數(shù)據(jù)塊太長，TCP就可以把它劃分短一些再傳送。如果應(yīng)用進(jìn)程一次只發(fā)來一個(gè)字節(jié)，TCP也可以等待積累足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報(bào)文段發(fā)送出去。課件制作人：李琳流（stream）相當(dāng)于一個(gè)管道，從一端放入什么內(nèi)容，從另一端可以照原樣取出什么內(nèi)容，它描述了一個(gè)不出現(xiàn)丟失、重復(fù)和亂序的數(shù)據(jù)傳輸過程；TCP在傳輸過程中將應(yīng)用程序提交的數(shù)據(jù)看成是一連串的、無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流；因此接收端應(yīng)用程序數(shù)據(jù)字節(jié)的起始與終結(jié)位置必須由應(yīng)用程序自己確定。課件制作人：李琳 總結(jié)： TCP協(xié)議是面向連接

26、、面向字節(jié)流、支持全雙工、支持并發(fā)連接、提供確認(rèn)重傳與擁塞控制的可靠傳輸層協(xié)議。55課件制作人：李琳7.4.2 TCP報(bào)文段的首部TCP首部20 字節(jié)的固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FIN32 bitSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充TCP 數(shù)據(jù)部分TCP 首部TCP 報(bào)文段IP 數(shù)據(jù)部分IP 首部發(fā)送在前TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG

27、比特 0 8 16 24 31填 充源端口和目的端口字段各占 2 字節(jié)。端口是運(yùn)輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。運(yùn)輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實(shí)現(xiàn)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充序號(hào)字段占 4 字節(jié)。TCP 連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都編上一個(gè)序號(hào)。序號(hào)字段的值則指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊

28、 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充確認(rèn)號(hào)字段占 4 字節(jié)，是期望收到對(duì)方的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 是對(duì)收到的數(shù)據(jù)的最高序號(hào)表示確認(rèn)，確認(rèn)號(hào)是對(duì)是對(duì)最高序號(hào)加1。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充數(shù)據(jù)偏移占 4 bit，它指出 TCP 報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)（即首部長度）?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位不是字節(jié)而是 32

29、 bit 字（4 字節(jié)為計(jì)算單位）。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充保留字段占 6 bit，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為 0。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充緊急比特 URG 當(dāng) URG 1 時(shí)，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急

30、數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù))。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充確認(rèn)比特 ACK 只有當(dāng) ACK 1 時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效。當(dāng) ACK 0 時(shí)，確認(rèn)號(hào)無效。TCP規(guī)定，在連接建立后所有傳送的報(bào)文段都必須把ACK置1。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24

31、 31填 充推送比特 PSH (PuSH) 發(fā)送方置1，并立即創(chuàng)建一個(gè)報(bào)文段發(fā)送出去。接收 TCP 收到推送比特置 1 的報(bào)文段，就盡快地交付給接收應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到整個(gè)緩存都填滿了后再向上交付。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充復(fù)位比特 RST (ReSeT) 當(dāng) RST 1 時(shí)，表明 TCP 連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)（如由于主機(jī)崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運(yùn)輸連接。還可用來拒絕一個(gè)非法的報(bào)文段或拒絕打開

32、一個(gè)連接。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充同步比特 SYN 同步比特 SYN 置為 1，就表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充終止比特 FIN (FINal) 用來釋放一個(gè)連接。當(dāng)FIN 1 時(shí)，表明此報(bào)文段的發(fā)

33、送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充窗口字段 占 2 字節(jié)。窗口字段用來控制對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。TCP 連接的一端根據(jù)設(shè)置的緩存空間大小確定自己的接收窗口大小，然后通知對(duì)方以確定對(duì)方的發(fā)送窗口的上限。窗口指的是發(fā)送本報(bào)文段的一方的接收窗口。窗口值告訴對(duì)方：從本報(bào)文段首部中的確認(rèn)號(hào)算起，接收方目前允許對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)量。窗口值作為接收方讓發(fā)送方設(shè)置其發(fā)送窗口的依據(jù)。窗口值是經(jīng)

34、常在動(dòng)態(tài)變化的。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充檢驗(yàn)和 占 2 字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，要在 TCP 報(bào)文段的前面加上 12 字節(jié)的偽首部。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充緊急指針字段 占 16 bit。緊

35、急指針指出在本報(bào)文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充選項(xiàng)字段 長度可變。TCP 只規(guī)定了一種選項(xiàng)，即最大報(bào)文段長度 MSS (Maximum Segment Size)。MSS 告訴對(duì)方 TCP：“我的緩存所能接收的報(bào)文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度是 MSS 個(gè)字節(jié)?！?MSS 是 TCP 報(bào)文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上 TCP 首部才等于整個(gè)的 TCP 報(bào)文段。課件制作人：李琳

36、其他選項(xiàng)窗口擴(kuò)大選項(xiàng) 占 3 字節(jié)，其中有一個(gè)字節(jié)表示移位值 S。新的窗口值等于TCP 首部中的窗口位數(shù)增大到(16 + S)，相當(dāng)于把窗口值向左移動(dòng) S 位后獲得實(shí)際的窗口大小。時(shí)間戳選項(xiàng)占10 字節(jié)，其中最主要的字段時(shí)間戳值字段（4 字節(jié)）和時(shí)間戳回送回答字段（4 字節(jié)）。選擇確認(rèn)選項(xiàng)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號(hào)緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號(hào)保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充填充字段 這是為了使整個(gè)首部長度是 4 字節(jié)的整數(shù)倍。 課件制作人：李琳7.4.3 TCP 的數(shù)據(jù)

37、編號(hào)與確認(rèn) TCP 協(xié)議是面向字節(jié)的。TCP 將所要傳送的報(bào)文看成是字節(jié)組成的數(shù)據(jù)流，并使每一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)于一個(gè)序號(hào)。在連接建立時(shí)，雙方要商定初始序號(hào)。TCP 每次發(fā)送的報(bào)文段的首部中的序號(hào)字段數(shù)值表示該報(bào)文段中的數(shù)據(jù)部分的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 TCP 的確認(rèn)是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)的最高序號(hào)表示確認(rèn)。接收端返回的確認(rèn)號(hào)是已收到的數(shù)據(jù)的最高序號(hào)加 1。因此確認(rèn)號(hào)表示接收端期望下次收到的數(shù)據(jù)中的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號(hào)。 課件制作人：李琳控制報(bào)文段發(fā)送的三種機(jī)制TCP維持一個(gè)變量等于最大報(bào)文段長度MSS；推送操作；計(jì)時(shí)器機(jī)制。課件制作人：李琳思考：若收到的報(bào)文段無差錯(cuò)，只是未按序號(hào)，那么應(yīng)如何處理？課件制作人：

38、李琳7.4.4 TCP 的流量控制與擁塞控制1. 滑動(dòng)窗口的概念TCP 采用大小可變的滑動(dòng)窗口進(jìn)行流量控制。窗口大小的單位是字節(jié)。在 TCP 報(bào)文段首部的窗口字段寫入的數(shù)值就是當(dāng)前給對(duì)方設(shè)置的發(fā)送窗口數(shù)值的上限。發(fā)送窗口在連接建立時(shí)由雙方商定。但在通信的過程中，接收端可根據(jù)自己的資源情況，隨時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整對(duì)方的發(fā)送窗口上限值(可增大或減小)。下面看例1 收到確認(rèn)即可前移1002003004005006007008009001012013014015016017018011發(fā)送窗口可發(fā)送不可發(fā)送指針發(fā)送端要發(fā)送 900 字節(jié)長的數(shù)據(jù)，劃分為 9 個(gè) 100 字節(jié)長的報(bào)文段，而發(fā)送窗口確定為 500

39、 字節(jié)。發(fā)送端只要收到了對(duì)方的確認(rèn)，發(fā)送窗口就可前移。發(fā)送 TCP 要維護(hù)一個(gè)指針。每發(fā)送一個(gè)報(bào)文段，指針就向前移動(dòng)一個(gè)報(bào)文段的距離。收到確認(rèn)即可前移1002003004005006007008009001012013014015016017018011可發(fā)送不可發(fā)送指針1002003004005006007008009001012013014015016017018011發(fā)送窗口可發(fā)送不可發(fā)送指針發(fā)送窗口前移發(fā)送端已發(fā)送了 400 字節(jié)的數(shù)據(jù)，但只收到對(duì)前 200 字節(jié)數(shù)據(jù)的確認(rèn)，同時(shí)窗口大小不變?，F(xiàn)在發(fā)送端還可發(fā)送 300 字節(jié)。 已發(fā)送并被確認(rèn)已發(fā)送但未被確認(rèn)10020030040050

40、06007008009001012013014015016017018011已發(fā)送并被確認(rèn)已發(fā)送但未被確認(rèn)可發(fā)送不可發(fā)送指針1002003004005006007008009001012013014015016017018011已發(fā)送并被確認(rèn)可發(fā)送不可發(fā)送指針發(fā)送窗口前移發(fā)送窗口縮小發(fā)送端收到了對(duì)方對(duì)前 400 字節(jié)數(shù)據(jù)的確認(rèn)，但對(duì)方通知發(fā)送端必須把窗口減小到 400 字節(jié)。現(xiàn)在發(fā)送端最多還可發(fā)送 400 字節(jié)的數(shù)據(jù)。 課件制作人：李琳例2前移不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口 = 20允許發(fā)送的序號(hào)26272829303132333435363738394041424344454647

41、484950515253545556B 期望收到的序號(hào)前沿后沿前移收縮根據(jù) B 給出的窗口值A(chǔ) 構(gòu)造出自己的發(fā)送窗口 TCP 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈不贊成發(fā)送窗口前沿向后收縮 課件制作人：李琳不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口位置不變允許發(fā)送但尚未發(fā)送262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3不允許接收已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)B 的接收窗口允許接收26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556未按序收到可用窗口A 發(fā)送

42、了 11 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) P3 P1 = A 的發(fā)送窗口（又稱為通知窗口）P2 P1 = 已發(fā)送但尚未收到確認(rèn)的字節(jié)數(shù)P3 P2 = 允許發(fā)送但尚未發(fā)送的字節(jié)數(shù)（又稱為可用窗口） 課件制作人：李琳允許發(fā)送但尚未發(fā)送A 的發(fā)送窗口向前滑動(dòng)262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送并收到確認(rèn)不允許發(fā)送已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3允許接收B 的接收窗口向前滑動(dòng)262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)不允許接收56未

43、按序收到A 收到新的確認(rèn)號(hào)，發(fā)送窗口向前滑動(dòng) 先存下，等待缺少的數(shù)據(jù)的到達(dá)課件制作人：李琳不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口已滿，有效窗口為零262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3A 的發(fā)送窗口內(nèi)的序號(hào)都已用完，但還沒有再收到確認(rèn)，必須停止發(fā)送。 課件制作人：李琳發(fā)送緩存 最后被確認(rèn)的字節(jié)發(fā)送應(yīng)用程序發(fā)送緩存最后發(fā)送的字節(jié)發(fā)送窗口已發(fā)送TCP序號(hào)增大課件制作人：李琳接收緩存接收應(yīng)用程序已收到接收窗口TCP接收緩存下一個(gè)讀取的字節(jié)序號(hào)增大下一個(gè)期望收到的字節(jié)（確認(rèn)號(hào)）課件制作

44、人：李琳發(fā)送緩存與接收緩存的作用發(fā)送緩存用來暫時(shí)存放： 發(fā)送應(yīng)用程序傳送給發(fā)送方 TCP 準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)； TCP 已發(fā)送出但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)。接收緩存用來暫時(shí)存放： 按序到達(dá)的、但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)； 不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)。 課件制作人：李琳需要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)A 的發(fā)送窗口并不總是和 B 的接收窗口一樣大（因?yàn)橛幸欢ǖ臅r(shí)間滯后）。TCP 標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定對(duì)不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理。通常是先臨時(shí)存放在接收窗口中，等到字節(jié)流中所缺少的字節(jié)收到后，再按序交付上層的應(yīng)用進(jìn)程。TCP 要求接收方必須有累積確認(rèn)的功能，這樣可以減小傳輸開銷。 利用可變窗口大小進(jìn)行流量控制雙方確定的窗口值是 400 SEQ

45、 = 1SEQ = 201SEQ = 401SEQ = 301SEQ = 101SEQ = 501ACK = 201, WIN = 300ACK = 601, WIN = 0ACK = 501, WIN = 200主機(jī) A主機(jī) B允許 A 再發(fā)送 300 字節(jié)（序號(hào) 201 至 500）A 還能發(fā)送 200 字節(jié)A 還能發(fā)送 200 字節(jié)（序號(hào) 301 至 500）A 還能發(fā)送 300 字節(jié)A 還能發(fā)送 100 字節(jié)（序號(hào) 401 至 500）A 超時(shí)重發(fā)，但不能發(fā)送序號(hào) 500 以后的數(shù)據(jù)允許 A 再發(fā)送 200 字節(jié)（序號(hào) 501 至 700）A 還能發(fā)送 100 字節(jié)（序號(hào) 501 至

46、700）不允許 A 再發(fā)送（到序號(hào) 600 的數(shù)據(jù)都已收到）SEQ = 201丟失！課件制作人：李琳持續(xù)計(jì)時(shí)器TCP 為每一個(gè)連接設(shè)有一個(gè)持續(xù)計(jì)時(shí)器。只要 TCP 連接的一方收到對(duì)方的零窗口通知，就啟動(dòng)持續(xù)計(jì)時(shí)器。若持續(xù)計(jì)時(shí)器設(shè)置的時(shí)間到期，就發(fā)送一個(gè)零窗口探測報(bào)文段（僅攜帶 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)），而對(duì)方就在確認(rèn)這個(gè)探測報(bào)文段時(shí)給出了現(xiàn)在的窗口值。若窗口仍然是零，則收到這個(gè)報(bào)文段的一方就重新設(shè)置持續(xù)計(jì)時(shí)器。若窗口不是零，則死鎖的僵局就可以打破了課件制作人：李琳利用發(fā)送窗口調(diào)節(jié)發(fā)送端向網(wǎng)絡(luò)注入分組的速率不僅是為了流量控制，還為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擁塞控制。在運(yùn)輸層討論時(shí)，常說“主機(jī)發(fā)送報(bào)文段”。在運(yùn)輸層觀察

47、向網(wǎng)絡(luò)注入數(shù)據(jù)時(shí)往往不考慮首部字節(jié)。課件制作人：李琳運(yùn)輸層的擁塞控制慢開始擁塞避免快重傳快恢復(fù)課件制作人：李琳2. 慢開始和擁塞避免發(fā)送端的主機(jī)在確定發(fā)送報(bào)文段的速率時(shí)，既要根據(jù)接收端的接收能力，又要從全局考慮不要使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞。因此，每一個(gè) TCP 連接需要有以下兩個(gè)狀態(tài)變量：接收端窗口 rwnd (receiver window) 又稱為通知窗口(advertised window)。擁塞窗口 cwnd (congestion window)。課件制作人：李琳接收端窗口 rwnd 和擁塞窗口 cwnd (1) 接收端窗口 rwnd 這是接收端根據(jù)其目前的接收緩存大小所許諾的最新的窗口值，是

48、來自接收端的流量控制。接收端將此窗口值放在 TCP 報(bào)文的首部中的窗口字段，傳送給發(fā)送端。(2) 擁塞窗口 cwnd (congestion window) 是發(fā)送端根據(jù)自己估計(jì)的網(wǎng)絡(luò)擁塞程度而設(shè)置的窗口值，是來自發(fā)送端的流量控制。課件制作人：李琳發(fā)送端確定擁塞窗口的原則 只要網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞，發(fā)送端就使擁塞窗口再增大些，以便將更多的分組發(fā)送出去。只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，發(fā)送端就使擁塞窗口減少一些，以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。判斷擁塞：發(fā)送端沒有按時(shí)收到應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)的確認(rèn)報(bào)文ACK。課件制作人：李琳發(fā)送窗口的上限值發(fā)送端的發(fā)送窗口的上限值應(yīng)當(dāng)取為接收端窗口 rwnd 和擁塞窗口 cwnd 這兩個(gè)變量中較

49、小的一個(gè)，即應(yīng)按以下公式確定：發(fā)送窗口的上限值 Min rwnd, cwnd (7-1)當(dāng) rwnd cwnd 時(shí)，是接收端的接收能力限制發(fā)送窗口的最大值。當(dāng) cwnd rwnd 時(shí)，則是網(wǎng)絡(luò)的擁塞限制發(fā)送窗口的最大值。 課件制作人：李琳慢開始算法的原理 在主機(jī)剛剛開始發(fā)送報(bào)文段時(shí)可先將擁塞窗口 cwnd 設(shè)置為一個(gè)最大報(bào)文段 MSS 的數(shù)值。在每收到一個(gè)對(duì)新的報(bào)文段的確認(rèn)后，將擁塞窗口增加至多一個(gè) MSS 的數(shù)值。用這樣的方法逐步增大發(fā)送端的擁塞窗口 cwnd，可以使分組注入到網(wǎng)絡(luò)的速率更加合理。 課件制作人：李琳發(fā)送方接收方發(fā)送 M1 確認(rèn) M1發(fā)送 M2M3 確認(rèn) M2M3 發(fā)送 M4M

50、7 確認(rèn) M4M7 cwnd = 1 cwnd = 2 cwnd = 4 發(fā)送 M8M15cwnd = 8 tt發(fā)送方每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn)（重傳的不算在內(nèi)）就使 cwnd 加 1。 輪次 1輪次 2輪次 3課件制作人：李琳設(shè)置慢開始門限狀態(tài)變量ssthresh慢開始門限 ssthresh 的用法如下：當(dāng) cwnd ssthresh 時(shí)，停止使用慢開始算法而改用擁塞避免算法。當(dāng) cwnd = ssthresh 時(shí)，既可使用慢開始算法，也可使用擁塞避免算法。擁塞避免算法的思路是讓擁塞窗口 cwnd 緩慢地增大，即每經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)間 RTT 就把發(fā)送方的擁塞窗口 cwnd 加 1，而不是加倍，

51、使擁塞窗口 cwnd 按線性規(guī)律緩慢增長。課件制作人：李琳當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)無論在慢開始階段還是在擁塞避免階段，只要發(fā)送方判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞（其根據(jù)就是沒有按時(shí)收到確認(rèn)），就要把慢開始門限 ssthresh 設(shè)置為出現(xiàn)擁塞時(shí)的發(fā)送方窗口值的一半（但不能小于2）。然后把擁塞窗口 cwnd 重新設(shè)置為 1，執(zhí)行慢開始算法。這樣做的目的就是要迅速減少主機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)，使得發(fā)生擁塞的路由器有足夠時(shí)間把隊(duì)列中積壓的分組處理完畢。 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng) TCP 連接進(jìn)行初始化時(shí)，將擁塞窗口置為 1。圖中的窗口單位不使用字節(jié)而使用報(bào)文段。慢開始門限的初始值設(shè)置為 16 個(gè)報(bào)文段，即 sst

52、hresh = 16。246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端的發(fā)送窗口不能超過擁塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我們假定接收端窗口足夠大，因此現(xiàn)在發(fā)送窗口的數(shù)值等于擁塞窗口的數(shù)值。246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開

53、始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 在執(zhí)行慢開始算法時(shí)，擁塞窗口 cwnd 的初始值為 1，發(fā)送第一個(gè)報(bào)文段 M0。 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16

54、慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免發(fā)送端收到 ACK1 （確認(rèn) M0，期望收到 M1）后，將 cwnd 從 1 增大到 2，于是發(fā)送端可以接著發(fā)送 M1 和 M2 兩個(gè)報(bào)文段。 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 接收端發(fā)回 ACK2 和 ACK3。發(fā)送端每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn) ACK，就把發(fā)送端的擁塞窗口加 1?，F(xiàn)在發(fā)送端的 cwnd 從 2 增大到 4，并可發(fā)送 M3 M6共 4個(gè)報(bào)文段。 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開

55、始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn) ACK，就把發(fā)送端的擁塞窗口加 1，因此擁塞窗口 cwnd 隨著傳輸次數(shù)按指數(shù)規(guī)律增長。 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng)擁塞窗口 cwnd 增長到慢開始門限值 ssthresh 時(shí)（即當(dāng) cwnd = 16 時(shí)），就改為執(zhí)行擁

56、塞避免算法，擁塞窗口按線性規(guī)律增長。 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始線性規(guī)律增長擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 假定擁塞窗口的數(shù)值增長到 24 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)超時(shí)（表明網(wǎng)絡(luò)擁塞了）。 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞

57、避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 更新后的 ssthresh 值變?yōu)?12（即發(fā)送窗口數(shù)值 24 的一半），擁塞窗口再重新設(shè)置為 1，并執(zhí)行慢開始算法。 246810121416182022004812162024傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng) cwnd = 12 時(shí)改為執(zhí)行擁塞避免算法，擁塞窗口按按線性規(guī)律增長，每經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)延就增加一個(gè) MSS 的大小。 24681012141618202200481216202

58、4傳輸次數(shù)擁塞窗口 cwnd進(jìn)入擁塞避免發(fā)生超時(shí)指數(shù)規(guī)律增長線性規(guī)律增長ssthresh = 16慢開始慢開始擁塞避免擁塞避免更新后的 ssthresh = 12進(jìn)入擁塞避免課件制作人：李琳乘法減小(multiplicative decrease) “乘法減小“是指不論在慢開始階段還是擁塞避免階段，只要出現(xiàn)一次超時(shí)（即出現(xiàn)一次網(wǎng)絡(luò)擁塞），就把慢開始門限值 ssthresh 設(shè)置為當(dāng)前的擁塞窗口值乘以 0.5。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)擁塞時(shí)，ssthresh 值就下降得很快，以大大減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 課件制作人：李琳加法增大(additive increase) “加法增大”是指執(zhí)行擁塞避免算法后

59、，當(dāng)收到對(duì)所有報(bào)文段的確認(rèn)就將擁塞窗口 cwnd增加一個(gè) MSS 大小，使擁塞窗口緩慢增大，以防止網(wǎng)絡(luò)過早出現(xiàn)擁塞。 課件制作人：李琳必須強(qiáng)調(diào)指出 “擁塞避免”并非指完全能夠避免了擁塞。利用以上的措施要完全避免網(wǎng)絡(luò)擁塞還是不可能的。“擁塞避免”是說在擁塞避免階段把擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞。 課件制作人：李琳3. 快重傳和快恢復(fù)快重傳算法規(guī)定，發(fā)送端只要一連收到三個(gè)重復(fù)的 ACK 即可斷定有分組丟失了，就應(yīng)立即重傳丟失的報(bào)文段而不必繼續(xù)等待為該報(bào)文段設(shè)置的重傳計(jì)時(shí)器的超時(shí)。不難看出，快重傳并非取消重傳計(jì)時(shí)器，而是在某些情況下可更早地重傳丟失的報(bào)文段。 快重傳舉例M1

60、, M2ACK2, ACK3M4主機(jī) A主機(jī) BB 確認(rèn) M1 和 M2A 發(fā)送 M1 和 M2A 收到了三個(gè)重復(fù)的確認(rèn) ACK3，就立即重傳 M3，而不必等待超時(shí)重傳。M3丟失！A 發(fā)送 M3 但丟失了A 發(fā)送 M4ACK3M5A 發(fā)送 M5ACK3B 發(fā)送第二個(gè)重復(fù)確認(rèn) ACK3M6A 發(fā)送 M6ACK3M3B 發(fā)送第三個(gè)重復(fù)確認(rèn) ACK3B 只能再次確認(rèn) M2(因?yàn)?M3 沒有收到）課件制作人：李琳快恢復(fù)算法 (1) 當(dāng)發(fā)送端收到連續(xù)三個(gè)重復(fù)的 ACK 時(shí)，就按“乘法減小”重新設(shè)置慢開始門限 ssthresh。(2) 與慢開始不同之處是擁塞窗口 cwnd 不是設(shè)置為 1，而是設(shè)置為 ss