傳輸層協(xié)議課件

第6章傳輸層協(xié)議第6章傳輸層協(xié)議1本章學(xué)習(xí)要求：了解：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通的基本概念。掌握：進(jìn)程相互作用的Client/Server模型。掌握：傳輸層的基本功能與服務(wù)質(zhì)量。掌握：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。掌握：傳輸控制協(xié)議TCP。本章學(xué)習(xí)要求：了解：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通的基本概念。26.1分布式進(jìn)程通信的基本概念6.1分布式進(jìn)程通信的基本概念3網(wǎng)絡(luò)層及以下的各層實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中主機之間的通信，但是數(shù)據(jù)通信不是最終的目的;計算機網(wǎng)絡(luò)最本質(zhì)的活動是分布在不同地理位置的主機之間的進(jìn)程通信，以實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能;設(shè)置傳輸層的主要目的就是要實現(xiàn)分布式進(jìn)程通信。網(wǎng)絡(luò)層及以下的各層實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中主機之間的通信，但是數(shù)據(jù)通信不46.1.1單機系統(tǒng)中的進(jìn)程通信方法進(jìn)程和進(jìn)程通信是操作系統(tǒng)中的一個最基本的概念；程序是一個在時間上按照嚴(yán)格次序的前后相繼的操作序列，是一個靜態(tài)的概念；進(jìn)程是一個動態(tài)的概念，它是一個程序?qū)δ硞€數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程；6.1.1單機系統(tǒng)中的進(jìn)程通信方法進(jìn)程和進(jìn)程通信是操作系統(tǒng)5正在運行的進(jìn)程叫做運行態(tài)；等待分配CPU的進(jìn)程叫做就緒態(tài)；等待其他的條件的進(jìn)程叫做等待態(tài)；進(jìn)程狀態(tài)反映出進(jìn)程執(zhí)行過程的變化；要保證系統(tǒng)正常地工作，操作系統(tǒng)必須對進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消與狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制；從進(jìn)程的觀點看，操作系統(tǒng)的核心則是控制和協(xié)調(diào)這些進(jìn)程的運行，解決進(jìn)程之間的通信。正在運行的進(jìn)程叫做運行態(tài)；66.1.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信的特點用一句最簡單的話去描述計算機網(wǎng)絡(luò)，那就是：

“計算機網(wǎng)絡(luò)是分布在不同地理位置的多臺獨立的計算機系統(tǒng)的集合”?！蔼毩⒌挠嬎銠C系統(tǒng)”意味著連網(wǎng)的每一臺計算機的操作與資源是由自己的操作系統(tǒng)所管理；用戶共享的網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)功能最終是通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的分布式進(jìn)程通信來實現(xiàn)的。6.1.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信的特點用一句最簡單的話去71.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)議的識別進(jìn)程間相互作用的模式1.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82.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程標(biāo)識在一臺計算機中，不同的進(jìn)程用進(jìn)程號或進(jìn)程標(biāo)識（processID）惟一地標(biāo)識出來。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中完整的進(jìn)程標(biāo)識應(yīng)該是：

?本地主機地址-本地進(jìn)程標(biāo)識；

?遠(yuǎn)程主機地址-遠(yuǎn)程進(jìn)程標(biāo)識。進(jìn)程地址也叫做端口號（portnumber）。2.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程標(biāo)識在一臺計算機中，不同的進(jìn)程用進(jìn)程號或進(jìn)93.多重協(xié)議的識別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)境中一個進(jìn)程的全網(wǎng)惟一的標(biāo)識需要一個三元組來表示：協(xié)議，本地地址，本地端口號。3.多重協(xié)議的識別UNIX操作系統(tǒng)的TCP/IP的傳輸層就10網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個完整的進(jìn)程通信標(biāo)識需要一個五元組來表示：

協(xié)議本地地址本地端口號遠(yuǎn)地地址遠(yuǎn)地端口號在UNIX操作系統(tǒng)中:三元組又叫做半相關(guān)half-association五元組叫做一個相關(guān)association網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個完整的進(jìn)程通信標(biāo)識需要一個五元組來表示：116.1.3進(jìn)程間相互作用模式：Client/Server模型

1.Client/Server模型的基本概念網(wǎng)絡(luò)中每臺聯(lián)網(wǎng)的計算機既為本地用戶提供服務(wù)，也為網(wǎng)絡(luò)的其他主機的用戶提供服務(wù);每臺聯(lián)網(wǎng)的計算機的硬件、軟件與數(shù)據(jù)資源應(yīng)該既是本地用戶可以使用的資源，也是網(wǎng)絡(luò)的其他主機的用戶可以共享的資源;每一項網(wǎng)絡(luò)服務(wù)都是對應(yīng)一個“服務(wù)程序”進(jìn)程;“服務(wù)程序”進(jìn)程要為每一個獲準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)用戶請求執(zhí)行一組規(guī)定的動作，以滿足用戶網(wǎng)絡(luò)資源共享的需要;6.1.3進(jìn)程間相互作用模式：Client/Server12網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信要解決的進(jìn)程間相互作用的模式;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)模型;客戶與服務(wù)器分別表示相互通信的兩個應(yīng)用程序的進(jìn)程;客戶向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器響應(yīng)客戶的請求，提供客戶機所需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信要解決的進(jìn)程間相互作用的模式;132.為什么要采用客戶機/服務(wù)器模型?網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性表現(xiàn)在硬件、軟件和數(shù)據(jù)等三個方面;網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性是客觀存在的，同時也是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計者的設(shè)計思想的體現(xiàn);“資源共享”就是因為網(wǎng)絡(luò)不同結(jié)點之間在硬件配置、計算能力、存儲能力，以及數(shù)據(jù)分布等方面存在著差距與不均勻性；能力強、資源豐富的充當(dāng)服務(wù)器，能力弱或需要某種資源的成為客戶。2.為什么要采用客戶機/服務(wù)器模型?網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性14網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信的異步性

分布在不同主機系統(tǒng)中的進(jìn)程什么時間發(fā)出通信請求，希望和哪一臺主機的哪一個進(jìn)程通信，以及對方進(jìn)程是否能接受通信請求是不確定的;網(wǎng)絡(luò)分布式進(jìn)程之間不存在一個高層的調(diào)度與協(xié)調(diào);必須要建立一個體制，為準(zhǔn)備通信的進(jìn)程之間建立起連接，在進(jìn)程交換數(shù)據(jù)的過程中維護(hù)連接，為數(shù)據(jù)交換提供同步。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信的異步性15客戶—一次進(jìn)程通信中發(fā)起的一方；服務(wù)器—接受進(jìn)程通信的請求，提供服務(wù)的一方；每一次通信由客戶進(jìn)程隨機啟動；服務(wù)器進(jìn)程處于等待狀態(tài)，及時響應(yīng)客戶服務(wù)請求?？蛻簟淮芜M(jìn)程通信中發(fā)起的一方；166.1.4進(jìn)程通信中Client/Server模型實現(xiàn)方法客戶機/服務(wù)器模型的工作實質(zhì)是“請求驅(qū)動”；在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，客戶進(jìn)程發(fā)出請求完全隨機。在同一個時刻，可能有多個客戶進(jìn)程向一個服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求；

為了實現(xiàn)服務(wù)器的功能，在服務(wù)器的設(shè)計中要解決服務(wù)器的：并發(fā)請求處理能力并發(fā)服務(wù)器的進(jìn)程標(biāo)識服務(wù)器安全6.1.4進(jìn)程通信中Client/Server模型實現(xiàn)方17解決服務(wù)器處理并發(fā)請求的基本方案：設(shè)計一個并發(fā)服務(wù)器；采用重復(fù)服務(wù)器的方法。解決服務(wù)器處理并發(fā)請求的基本方案：18并發(fā)服務(wù)器（concurrentserver）并發(fā)服務(wù)器的核心是使用一個守護(hù)程序（daemon）；守護(hù)程序在系統(tǒng)啟動的時候隨之啟動，在沒有客戶的服務(wù)請求到達(dá)時，并發(fā)服務(wù)器處于等待狀態(tài);一旦客戶機的服務(wù)請求到達(dá)，服務(wù)器根據(jù)客戶的服務(wù)請求的進(jìn)程號，去激活相應(yīng)的子進(jìn)程，而服務(wù)器回到等待狀態(tài)；并發(fā)服務(wù)器叫做主服務(wù)器（master），把子服務(wù)器叫做從服務(wù)器（slave）；主服務(wù)器必須擁有一個全網(wǎng)公認(rèn)的進(jìn)程地址；網(wǎng)絡(luò)中的客戶進(jìn)程可以根據(jù)服務(wù)器進(jìn)程的公認(rèn)地址，向服務(wù)器提出服務(wù)請求。并發(fā)服務(wù)器（concurrentserver）并發(fā)服務(wù)器的19客戶與并發(fā)服務(wù)器建立傳輸連接的過程客戶與并發(fā)服務(wù)器建立傳輸連接的過程20重復(fù)服務(wù)器（interativeserver）通過設(shè)置一個請求隊列來存儲客戶機的服務(wù)請求；服務(wù)器采用先來先服務(wù)的原則來順序處理客戶機的服務(wù)請求。重復(fù)服務(wù)器（interativeserver）通過設(shè)置一個21比較并發(fā)服務(wù)器：并發(fā)服務(wù)器可以處理多個客戶的服務(wù)請求；從服務(wù)器不依賴主服務(wù)器而獨立處理客戶服務(wù)請求；不同的從服務(wù)器可以分別處理不同的客戶的服務(wù)請求；系統(tǒng)的實時性好。重復(fù)服務(wù)器：處理客戶的服務(wù)請求的數(shù)量受到請求隊列長度的限制，但可以有效地控制請求處理的時間。并發(fā)服務(wù)器適應(yīng)于面向連接的服務(wù)類型；重復(fù)服務(wù)器適應(yīng)于無連接的服務(wù)類型。比較并發(fā)服務(wù)器：22討論主動啟動與服務(wù)器進(jìn)程通信的程序叫做客戶；服務(wù)器是一個用來提供某種服務(wù)的，有特殊權(quán)限的專用程序；服務(wù)器程序在網(wǎng)絡(luò)中一臺計算機上運行，接受來自遠(yuǎn)程客戶的服務(wù)請求，提供一種服務(wù)；服務(wù)器程序需要硬件配置較高的計算機和操作系統(tǒng)的支持；客戶/服務(wù)器是軟件設(shè)計中進(jìn)程間相互作用關(guān)系的模型。討論236.2傳輸層的基本功能

6.2.1傳輸層的端-端通信6.2傳輸層的基本功能

6.2.1傳輸層的端-端通信246.2.2傳輸層協(xié)議的基本功能

1.傳輸層在協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中的位置傳輸層的目標(biāo)是向應(yīng)用層應(yīng)用程序進(jìn)程之間的通信，提供有效、可靠、保證質(zhì)量的服務(wù);傳輸層在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用，通過執(zhí)行傳輸層協(xié)議，屏蔽通信子網(wǎng)在技術(shù)、設(shè)計上的差異和服務(wù)質(zhì)量的不足，向高層提供一個標(biāo)準(zhǔn)的、完善的通信服務(wù);從通信和信息處理的角度看，應(yīng)用層是面向信息處理的，而傳輸層是為應(yīng)用層提供通信服務(wù)的。6.2.2傳輸層協(xié)議的基本功能

1.傳輸層在協(xié)議層次結(jié)構(gòu)252.傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸層之間傳輸?shù)膱笪慕凶鰝鬏攨f(xié)議數(shù)據(jù)單元（TransportProtocolUnit，TPDU）；TPDU有效載荷是應(yīng)用層的數(shù)據(jù)。2.傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸層之間傳輸?shù)膱笪慕凶鰝鬏攨f(xié)議數(shù)據(jù)單元266.2.3網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量QoS服務(wù)（Service）網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中，各層之間有嚴(yán)格的依賴關(guān)系各層次的分工和協(xié)作集中地體現(xiàn)在相鄰層之間的界面上；服務(wù)是描述相鄰層之間關(guān)系的重要概念；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體現(xiàn)在低層向相鄰上層提供的一組操作；低層是服務(wù)提供者，高層是服務(wù)的用戶。6.2.3網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量QoS服務(wù)（Service）27衡量服務(wù)質(zhì)量QoS的主要指標(biāo)連接建立延遲/連接釋放延遲；連接建立/釋放失敗概率；傳輸時延；吞吐率；殘留誤碼率；傳輸失敗概率。衡量服務(wù)質(zhì)量QoS的主要指標(biāo)28連接建立延遲從傳輸服務(wù)用戶要求建立連接到收到連接確認(rèn)之間所經(jīng)歷的時間；它包括了遠(yuǎn)端傳輸實體的處理延遲；連接建立延遲越短，服務(wù)質(zhì)量越好。連接建立失敗的概率在最大連接建立延遲時間內(nèi)，連接未能建立的可能性；由于網(wǎng)絡(luò)擁塞，缺少緩沖區(qū)或其他原因造成的失敗。連接建立延遲29吞吐率吞吐率是在某個時間間隔內(nèi)測得的每秒鐘傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；每個傳輸方向分別用各自的吞吐率來衡量。傳輸延遲傳輸延遲是指從源主機傳輸用戶發(fā)送報文開始到目的主機傳輸用戶接收到報文為止的時間；每個方向的傳輸延遲是不同的。吞吐率30殘余誤碼率殘余誤碼率用于測量丟失或亂序的報文數(shù)占整個發(fā)送的報文數(shù)的百分比；理論上殘余誤碼率應(yīng)為零，實際上它可能是一較小的值。安全保護(hù)安全保護(hù)為傳輸用戶提供了傳輸層的保護(hù)，以防止未經(jīng)授權(quán)的第三方讀取或修改數(shù)據(jù)。殘余誤碼率31優(yōu)先級為傳輸用戶提供用以表明哪些連接更為重要的方法；當(dāng)發(fā)生擁塞事件時，確保高優(yōu)先級的連接先獲得服務(wù)?；謴?fù)功能當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)部問題或擁塞情況下，傳輸層本身自發(fā)終止連接的可能性。優(yōu)先級32在討論傳輸層服務(wù)質(zhì)量參數(shù)時需要注意以下幾個問題：服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是傳輸用戶在請求建立連接時設(shè)定的，表明希望值和最小可接受的值；傳輸層通過檢查服務(wù)質(zhì)量參數(shù)可以立即發(fā)現(xiàn)其中某些值是無法達(dá)到的，傳輸層可以不去與目的主機連接，而直接通知傳輸用戶連接請求失敗與失敗的原因；有些情況下，傳輸層發(fā)現(xiàn)不能達(dá)到用戶希望的質(zhì)量參數(shù)，但可以達(dá)到稍微低一些的要求，然后再請求建立連接；并非所有的傳輸連接都需要提供所有的參數(shù),大多數(shù)僅僅是要求殘余誤碼，而其他參數(shù)則是為了完善服務(wù)質(zhì)量而設(shè)置的。在討論傳輸層服務(wù)質(zhì)量參數(shù)時需要注意以下幾個問題：服務(wù)質(zhì)量參數(shù)336.3用戶報文協(xié)議UDP

6.3.1UDP協(xié)議的主要特點UDP是一種無連接的、不可靠的傳輸層協(xié)議；在完成進(jìn)程到進(jìn)程的通信中提供了有限的差錯檢驗功能；設(shè)計比較簡單的UDP協(xié)議的目的是希望以最小的開銷來達(dá)到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進(jìn)程通信目的；進(jìn)程發(fā)送的報文較短，同時對報文的可靠性要求不高，那么可以使用UDP協(xié)議。6.3用戶報文協(xié)議UDP

6.3.1UDP協(xié)議的主要特點346.3.2UDP的基本工作過程UDP用戶數(shù)據(jù)報傳輸過程中的封裝與拆封6.3.2UDP的基本工作過程UDP用戶數(shù)據(jù)報傳輸過程中的35UDP報文傳輸隊列UDP報文傳輸隊列36UDP的復(fù)用和分用UDP的復(fù)用和分用376.3.3UDP端口號TCP/IP協(xié)議族中用端口號來標(biāo)識進(jìn)程；端口號是在0到65535之間的整數(shù)；客戶程序隨機選取的臨時端口號；每一種服務(wù)器程序被分配了確定的全局一致的熟知端口號；每一個客戶進(jìn)程都知道相應(yīng)的服務(wù)器進(jìn)程的熟知端口號。6.3.3UDP端口號38UDP使用的熟知端口號UDP使用的熟知端口號396.3.4UDP數(shù)據(jù)報格式6.3.4UDP數(shù)據(jù)報格式40UDP檢驗和的檢驗范圍：

偽頭部UDP頭應(yīng)用層數(shù)據(jù)UDP檢驗和的檢驗范圍：偽頭部416.4傳輸控制協(xié)議TCP

6.4.1TCP協(xié)議的主要特點TCP是一種面向連接的、可靠的傳輸層協(xié)議；TCP協(xié)議建立在不可靠的網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議之上，IP不能提供任何可靠性機制，TCP的可靠性完全由自己實現(xiàn)；TCP采用的最基本的可靠性技術(shù)是：

確認(rèn)與超時重傳；流量控制。6.4傳輸控制協(xié)議TCP

6.4.1TCP協(xié)議的主要特點42TCP協(xié)議與其他協(xié)議的層次關(guān)系TCP協(xié)議與其他協(xié)議的層次關(guān)系436.4.2TCP的端口號分配和Socket地址TCP常用的熟知端口號6.4.2TCP的端口號分配和Socket地址TCP常用的446.4.3TCP報文段格式6.4.3TCP報文段格式456.4.4TCP傳輸連接建立與連接釋放TCP傳輸連接建立過程示意圖6.4.4TCP傳輸連接建立與連接釋放TCP傳輸連接建立過46TCP在傳輸連接釋放過程中4次握手過程TCP在傳輸連接釋放過程中4次握手過程476.4.5TCP流量與擁塞控制TCP的數(shù)據(jù)編碼與確認(rèn)6.4.5TCP流量與擁塞控制TCP的數(shù)據(jù)編碼與確認(rèn)48TCP窗口概念TCP窗49窗口與TCP的流量控制窗口與TCP506.4.6TCP差錯控制差錯檢測和糾正檢驗和確認(rèn)超時針對的幾種情況受損傷的報文段丟失的報文段重復(fù)的報文段亂序的報文段丟失的確認(rèn)6.4.6TCP差錯控制差錯檢測和糾正針對的幾種情況51傳輸出錯報文段的處理傳輸出錯報52丟失的報文段丟失的報文段53確認(rèn)丟失確認(rèn)丟失546.4.7TCP的計時器重傳計時器為了控制丟失的或丟棄的報文段，TCP使用了處理報文段的確認(rèn)的等待重傳時間的重傳計時器。堅持計時器TCP為每一個連接使用一個堅持計時器；當(dāng)發(fā)送方的TCP收到一個窗口大小為零的確認(rèn)時，就需要啟動堅持計時器;當(dāng)堅持計時器期限到時，發(fā)送方的TCP就發(fā)送一個特殊的探測報文段。6.4.7TCP的計時器重傳計時器55保持計時器保持計時器又叫做激活計時器，它是用來防止在兩個TCP之間的連接處以長時期空閑。時間等待計時器時間等待計時器是在連接終止期間使用的；當(dāng)TCP關(guān)閉一個連接時，它并不認(rèn)為這個連接馬上就真正地關(guān)閉了。在時間等待期間中，連接還處于一種過渡狀態(tài)；時間等待計時器的值通常設(shè)置為一個報文段的壽命期待值的兩倍。保持計時器56小結(jié)網(wǎng)絡(luò)最本質(zhì)的活動是實現(xiàn)分布在不同地理位置的主機之間的進(jìn)程通信;傳輸層的主要功能就是為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信提供服務(wù);網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用程序進(jìn)程間相互作用的模式是客戶/服務(wù)器（client/server）模式;Internet傳輸層采用了TCP協(xié)議與UDP協(xié)議;TCP是一種面向連接的、可靠的傳輸層協(xié)議,它在網(wǎng)絡(luò)層IP服務(wù)的基礎(chǔ)上，向應(yīng)用層提供面向連接、可靠的流傳輸；UDP是一種無連接的、不可靠的傳輸層協(xié)議。小結(jié)網(wǎng)絡(luò)最本質(zhì)的活動是實現(xiàn)分布在不同地理位置的主機之間的進(jìn)程57第6章傳輸層協(xié)議第6章傳輸層協(xié)議58本章學(xué)習(xí)要求：了解：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通的基本概念。掌握：進(jìn)程相互作用的Client/Server模型。掌握：傳輸層的基本功能與服務(wù)質(zhì)量。掌握：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。掌握：傳輸控制協(xié)議TCP。本章學(xué)習(xí)要求：了解：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通的基本概念。596.1分布式進(jìn)程通信的基本概念6.1分布式進(jìn)程通信的基本概念60網(wǎng)絡(luò)層及以下的各層實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中主機之間的通信，但是數(shù)據(jù)通信不是最終的目的;計算機網(wǎng)絡(luò)最本質(zhì)的活動是分布在不同地理位置的主機之間的進(jìn)程通信，以實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能;設(shè)置傳輸層的主要目的就是要實現(xiàn)分布式進(jìn)程通信。網(wǎng)絡(luò)層及以下的各層實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中主機之間的通信，但是數(shù)據(jù)通信不616.1.1單機系統(tǒng)中的進(jìn)程通信方法進(jìn)程和進(jìn)程通信是操作系統(tǒng)中的一個最基本的概念；程序是一個在時間上按照嚴(yán)格次序的前后相繼的操作序列，是一個靜態(tài)的概念；進(jìn)程是一個動態(tài)的概念，它是一個程序?qū)δ硞€數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程；6.1.1單機系統(tǒng)中的進(jìn)程通信方法進(jìn)程和進(jìn)程通信是操作系統(tǒng)62正在運行的進(jìn)程叫做運行態(tài)；等待分配CPU的進(jìn)程叫做就緒態(tài)；等待其他的條件的進(jìn)程叫做等待態(tài)；進(jìn)程狀態(tài)反映出進(jìn)程執(zhí)行過程的變化；要保證系統(tǒng)正常地工作，操作系統(tǒng)必須對進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消與狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制；從進(jìn)程的觀點看，操作系統(tǒng)的核心則是控制和協(xié)調(diào)這些進(jìn)程的運行，解決進(jìn)程之間的通信。正在運行的進(jìn)程叫做運行態(tài)；636.1.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信的特點用一句最簡單的話去描述計算機網(wǎng)絡(luò)，那就是：

“計算機網(wǎng)絡(luò)是分布在不同地理位置的多臺獨立的計算機系統(tǒng)的集合”。“獨立的計算機系統(tǒng)”意味著連網(wǎng)的每一臺計算機的操作與資源是由自己的操作系統(tǒng)所管理；用戶共享的網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)絡(luò)所能提供的服務(wù)功能最終是通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的分布式進(jìn)程通信來實現(xiàn)的。6.1.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信的特點用一句最簡單的話去641.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)議的識別進(jìn)程間相互作用的模式1.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652.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程標(biāo)識在一臺計算機中，不同的進(jìn)程用進(jìn)程號或進(jìn)程標(biāo)識（processID）惟一地標(biāo)識出來。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中完整的進(jìn)程標(biāo)識應(yīng)該是：

?本地主機地址-本地進(jìn)程標(biāo)識；

?遠(yuǎn)程主機地址-遠(yuǎn)程進(jìn)程標(biāo)識。進(jìn)程地址也叫做端口號（portnumber）。2.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程標(biāo)識在一臺計算機中，不同的進(jìn)程用進(jìn)程號或進(jìn)663.多重協(xié)議的識別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)境中一個進(jìn)程的全網(wǎng)惟一的標(biāo)識需要一個三元組來表示：協(xié)議，本地地址，本地端口號。3.多重協(xié)議的識別UNIX操作系統(tǒng)的TCP/IP的傳輸層就67網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個完整的進(jìn)程通信標(biāo)識需要一個五元組來表示：

協(xié)議本地地址本地端口號遠(yuǎn)地地址遠(yuǎn)地端口號在UNIX操作系統(tǒng)中:三元組又叫做半相關(guān)half-association五元組叫做一個相關(guān)association網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一個完整的進(jìn)程通信標(biāo)識需要一個五元組來表示：686.1.3進(jìn)程間相互作用模式：Client/Server模型

1.Client/Server模型的基本概念網(wǎng)絡(luò)中每臺聯(lián)網(wǎng)的計算機既為本地用戶提供服務(wù)，也為網(wǎng)絡(luò)的其他主機的用戶提供服務(wù);每臺聯(lián)網(wǎng)的計算機的硬件、軟件與數(shù)據(jù)資源應(yīng)該既是本地用戶可以使用的資源，也是網(wǎng)絡(luò)的其他主機的用戶可以共享的資源;每一項網(wǎng)絡(luò)服務(wù)都是對應(yīng)一個“服務(wù)程序”進(jìn)程;“服務(wù)程序”進(jìn)程要為每一個獲準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)用戶請求執(zhí)行一組規(guī)定的動作，以滿足用戶網(wǎng)絡(luò)資源共享的需要;6.1.3進(jìn)程間相互作用模式：Client/Server69網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信要解決的進(jìn)程間相互作用的模式;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)模型;客戶與服務(wù)器分別表示相互通信的兩個應(yīng)用程序的進(jìn)程;客戶向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器響應(yīng)客戶的請求，提供客戶機所需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信要解決的進(jìn)程間相互作用的模式;702.為什么要采用客戶機/服務(wù)器模型?網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性表現(xiàn)在硬件、軟件和數(shù)據(jù)等三個方面;網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性是客觀存在的，同時也是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計者的設(shè)計思想的體現(xiàn);“資源共享”就是因為網(wǎng)絡(luò)不同結(jié)點之間在硬件配置、計算能力、存儲能力，以及數(shù)據(jù)分布等方面存在著差距與不均勻性；能力強、資源豐富的充當(dāng)服務(wù)器，能力弱或需要某種資源的成為客戶。2.為什么要采用客戶機/服務(wù)器模型?網(wǎng)絡(luò)資源分布的不均勻性71網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信的異步性

分布在不同主機系統(tǒng)中的進(jìn)程什么時間發(fā)出通信請求，希望和哪一臺主機的哪一個進(jìn)程通信，以及對方進(jìn)程是否能接受通信請求是不確定的;網(wǎng)絡(luò)分布式進(jìn)程之間不存在一個高層的調(diào)度與協(xié)調(diào);必須要建立一個體制，為準(zhǔn)備通信的進(jìn)程之間建立起連接，在進(jìn)程交換數(shù)據(jù)的過程中維護(hù)連接，為數(shù)據(jù)交換提供同步。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信的異步性72客戶—一次進(jìn)程通信中發(fā)起的一方；服務(wù)器—接受進(jìn)程通信的請求，提供服務(wù)的一方；每一次通信由客戶進(jìn)程隨機啟動；服務(wù)器進(jìn)程處于等待狀態(tài)，及時響應(yīng)客戶服務(wù)請求?？蛻簟淮芜M(jìn)程通信中發(fā)起的一方；736.1.4進(jìn)程通信中Client/Server模型實現(xiàn)方法客戶機/服務(wù)器模型的工作實質(zhì)是“請求驅(qū)動”；在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，客戶進(jìn)程發(fā)出請求完全隨機。在同一個時刻，可能有多個客戶進(jìn)程向一個服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求；

為了實現(xiàn)服務(wù)器的功能，在服務(wù)器的設(shè)計中要解決服務(wù)器的：并發(fā)請求處理能力并發(fā)服務(wù)器的進(jìn)程標(biāo)識服務(wù)器安全6.1.4進(jìn)程通信中Client/Server模型實現(xiàn)方74解決服務(wù)器處理并發(fā)請求的基本方案：設(shè)計一個并發(fā)服務(wù)器；采用重復(fù)服務(wù)器的方法。解決服務(wù)器處理并發(fā)請求的基本方案：75并發(fā)服務(wù)器（concurrentserver）并發(fā)服務(wù)器的核心是使用一個守護(hù)程序（daemon）；守護(hù)程序在系統(tǒng)啟動的時候隨之啟動，在沒有客戶的服務(wù)請求到達(dá)時，并發(fā)服務(wù)器處于等待狀態(tài);一旦客戶機的服務(wù)請求到達(dá)，服務(wù)器根據(jù)客戶的服務(wù)請求的進(jìn)程號，去激活相應(yīng)的子進(jìn)程，而服務(wù)器回到等待狀態(tài)；并發(fā)服務(wù)器叫做主服務(wù)器（master），把子服務(wù)器叫做從服務(wù)器（slave）；主服務(wù)器必須擁有一個全網(wǎng)公認(rèn)的進(jìn)程地址；網(wǎng)絡(luò)中的客戶進(jìn)程可以根據(jù)服務(wù)器進(jìn)程的公認(rèn)地址，向服務(wù)器提出服務(wù)請求。并發(fā)服務(wù)器（concurrentserver）并發(fā)服務(wù)器的76客戶與并發(fā)服務(wù)器建立傳輸連接的過程客戶與并發(fā)服務(wù)器建立傳輸連接的過程77重復(fù)服務(wù)器（interativeserver）通過設(shè)置一個請求隊列來存儲客戶機的服務(wù)請求；服務(wù)器采用先來先服務(wù)的原則來順序處理客戶機的服務(wù)請求。重復(fù)服務(wù)器（interativeserver）通過設(shè)置一個78比較并發(fā)服務(wù)器：并發(fā)服務(wù)器可以處理多個客戶的服務(wù)請求；從服務(wù)器不依賴主服務(wù)器而獨立處理客戶服務(wù)請求；不同的從服務(wù)器可以分別處理不同的客戶的服務(wù)請求；系統(tǒng)的實時性好。重復(fù)服務(wù)器：處理客戶的服務(wù)請求的數(shù)量受到請求隊列長度的限制，但可以有效地控制請求處理的時間。并發(fā)服務(wù)器適應(yīng)于面向連接的服務(wù)類型；重復(fù)服務(wù)器適應(yīng)于無連接的服務(wù)類型。比較并發(fā)服務(wù)器：79討論主動啟動與服務(wù)器進(jìn)程通信的程序叫做客戶；服務(wù)器是一個用來提供某種服務(wù)的，有特殊權(quán)限的專用程序；服務(wù)器程序在網(wǎng)絡(luò)中一臺計算機上運行，接受來自遠(yuǎn)程客戶的服務(wù)請求，提供一種服務(wù)；服務(wù)器程序需要硬件配置較高的計算機和操作系統(tǒng)的支持；客戶/服務(wù)器是軟件設(shè)計中進(jìn)程間相互作用關(guān)系的模型。討論806.2傳輸層的基本功能

6.2.1傳輸層的端-端通信6.2傳輸層的基本功能

6.2.1傳輸層的端-端通信816.2.2傳輸層協(xié)議的基本功能

1.傳輸層在協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中的位置傳輸層的目標(biāo)是向應(yīng)用層應(yīng)用程序進(jìn)程之間的通信，提供有效、可靠、保證質(zhì)量的服務(wù);傳輸層在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用，通過執(zhí)行傳輸層協(xié)議，屏蔽通信子網(wǎng)在技術(shù)、設(shè)計上的差異和服務(wù)質(zhì)量的不足，向高層提供一個標(biāo)準(zhǔn)的、完善的通信服務(wù);從通信和信息處理的角度看，應(yīng)用層是面向信息處理的，而傳輸層是為應(yīng)用層提供通信服務(wù)的。6.2.2傳輸層協(xié)議的基本功能

1.傳輸層在協(xié)議層次結(jié)構(gòu)822.傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸層之間傳輸?shù)膱笪慕凶鰝鬏攨f(xié)議數(shù)據(jù)單元（TransportProtocolUnit，TPDU）；TPDU有效載荷是應(yīng)用層的數(shù)據(jù)。2.傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸層之間傳輸?shù)膱笪慕凶鰝鬏攨f(xié)議數(shù)據(jù)單元836.2.3網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量QoS服務(wù)（Service）網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中，各層之間有嚴(yán)格的依賴關(guān)系各層次的分工和協(xié)作集中地體現(xiàn)在相鄰層之間的界面上；服務(wù)是描述相鄰層之間關(guān)系的重要概念；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體現(xiàn)在低層向相鄰上層提供的一組操作；低層是服務(wù)提供者，高層是服務(wù)的用戶。6.2.3網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與服務(wù)質(zhì)量QoS服務(wù)（Service）84衡量服務(wù)質(zhì)量QoS的主要指標(biāo)連接建立延遲/連接釋放延遲；連接建立/釋放失敗概率；傳輸時延；吞吐率；殘留誤碼率；傳輸失敗概率。衡量服務(wù)質(zhì)量QoS的主要指標(biāo)85連接建立延遲從傳輸服務(wù)用戶要求建立連接到收到連接確認(rèn)之間所經(jīng)歷的時間；它包括了遠(yuǎn)端傳輸實體的處理延遲；連接建立延遲越短，服務(wù)質(zhì)量越好。連接建立失敗的概率在最大連接建立延遲時間內(nèi)，連接未能建立的可能性；由于網(wǎng)絡(luò)擁塞，缺少緩沖區(qū)或其他原因造成的失敗。連接建立延遲86吞吐率吞吐率是在某個時間間隔內(nèi)測得的每秒鐘傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；每個傳輸方向分別用各自的吞吐率來衡量。傳輸延遲傳輸延遲是指從源主機傳輸用戶發(fā)送報文開始到目的主機傳輸用戶接收到報文為止的時間；每個方向的傳輸延遲是不同的。吞吐率87殘余誤碼率殘余誤碼率用于測量丟失或亂序的報文數(shù)占整個發(fā)送的報文數(shù)的百分比；理論上殘余誤碼率應(yīng)為零，實際上它可能是一較小的值。安全保護(hù)安全保護(hù)為傳輸用戶提供了傳輸層的保護(hù)，以防止未經(jīng)授權(quán)的第三方讀取或修改數(shù)據(jù)。殘余誤碼率88優(yōu)先級為傳輸用戶提供用以表明哪些連接更為重要的方法；當(dāng)發(fā)生擁塞事件時，確保高優(yōu)先級的連接先獲得服務(wù)。恢復(fù)功能當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)部問題或擁塞情況下，傳輸層本身自發(fā)終止連接的可能性。優(yōu)先級89在討論傳輸層服務(wù)質(zhì)量參數(shù)時需要注意以下幾個問題：服務(wù)質(zhì)量參數(shù)是傳輸用戶在請求建立連接時設(shè)定的，表明希望值和最小可接受的值；傳輸層通過檢查服務(wù)質(zhì)量參數(shù)可以立即發(fā)現(xiàn)其中某些值是無法達(dá)到的，傳輸層可以不去與目的主機連接，而直接通知傳輸用戶連接請求失敗與失敗的原因；有些情況下，傳輸層發(fā)現(xiàn)不能達(dá)到用戶希望的質(zhì)量參數(shù)，但可以達(dá)到稍微低一些的要求，然后再請求建立連接；并非所有的傳輸連接都需要提供所有的參數(shù),大多數(shù)僅僅是要求殘余誤碼，而其他參數(shù)則是為了完善服務(wù)質(zhì)量而設(shè)置的。在討論傳輸層服務(wù)質(zhì)量參數(shù)時需要注意以下幾個問題：服務(wù)質(zhì)量參數(shù)906.3用戶報文協(xié)議UDP

6.3.1UDP協(xié)議的主要特點UDP是一種無連接的、不可靠的傳輸層協(xié)議；在完成進(jìn)程到進(jìn)程的通信中提供了有限的差錯檢驗功能；設(shè)計比較簡單的UDP協(xié)議的目的是希望以最小的開銷來達(dá)到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的進(jìn)程通信目的；進(jìn)程發(fā)送的報文較短，同時對報文的可靠性要求不高，那么可以使用UDP協(xié)議。6.3用戶報文協(xié)議UDP

6.3.1UDP協(xié)議的主要特點916.3.2UDP的基本工作過程UDP用戶數(shù)據(jù)報傳輸過程中的封裝與拆封6.3.2UDP的基本工作過程UDP用戶數(shù)據(jù)報傳輸過程中的92UDP報文傳輸隊列UDP報文傳輸隊列93UDP的復(fù)用和分用UDP的復(fù)用和分用946.3.3UDP端口號TCP/IP協(xié)議族中用端口號來標(biāo)識進(jìn)程；端口號是在0到65535之間的整數(shù)；客戶程序隨機選取的臨時端口號；每一種服務(wù)器程序被分配了確定的全局一致的熟知端口號；每一個客戶進(jìn)程都知道相應(yīng)的服務(wù)器進(jìn)程的熟知端口號。6.3.3UDP端口號95UDP使用的熟知端口號UDP使用的熟知端口號966.3.4UDP數(shù)據(jù)報格式6.3.4UDP數(shù)據(jù)報格式97UDP檢驗和的檢驗范圍：

偽頭部UDP頭