大數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程詳解

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案精彩文檔精彩文檔數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程詳解、FTP客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)到FTP服務(wù)器端，詳述其工作過(guò)程。兩臺(tái)機(jī)器的連接情況如下圖所示:PC1FTP客戶端PC2FTP服務(wù)器端口1switchlRoutersiPC1FTP客戶端PC2FTP服務(wù)器端口1switchlRoutersiswitch2詳細(xì)解答如下1.1、假設(shè)初始設(shè)置如下所示：客戶端FTP端口號(hào)為：32768服務(wù)器端FTP端口號(hào)為：21設(shè)備設(shè)置PC1（客戶端）：MAC地址（MAC1）:A01IP地址（IP1）:

子網(wǎng)掩碼：默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：MAC地址(MAC2):A02IP地址(IP2):192.16821PC2（服務(wù)器端）：子網(wǎng)掩碼：默認(rèn)網(wǎng)關(guān)：端口MAC地址Switchl:MAC地址列表1A012A03端口MAC地址Switch2:MAC地址列表1A022A04MAC地址(MAC3):A03端口S0設(shè)置IP地址(IP1):MAC地址(MAC4):A04端口S1設(shè)置Router:IP地址(IP1):網(wǎng)絡(luò)號(hào)端口號(hào)路由表S0S11.2、不同網(wǎng)絡(luò)段上的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議通訊的過(guò)程如下所示:協(xié)議是水平的，服務(wù)是垂直的物理層，指的是電信號(hào)的傳遞方式，透明的傳輸比特流。鏈路層，在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的線路上無(wú)差錯(cuò)地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信，數(shù)據(jù)傳送的單位是分組或包。傳輸層，負(fù)責(zé)主機(jī)中兩個(gè)進(jìn)程之間的通信，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文段。，而傳網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)點(diǎn)到點(diǎn)(point-to-point)的傳輸(這里的“點(diǎn)”指主機(jī)或路由器)輸層負(fù)責(zé)端到端(end-to-end)的傳輸(這里的“端”指源主機(jī)和目的主機(jī))。，而傳1.3、數(shù)據(jù)包的封裝過(guò)程

用戶數(shù)據(jù)目的端□號(hào)源端□號(hào)用戶數(shù)據(jù)TCP用戶數(shù)據(jù)目的端□號(hào)源端□號(hào)用戶數(shù)據(jù)TCP扌區(qū)文段幀尾TCP頭幀尾1目的IP源卩目的端口號(hào)源端口號(hào)用戶數(shù)據(jù)■ ip頭 i1TCP頭i1111||r 1r目的MAC源戶1目的端□弓用戶數(shù)據(jù)幀頭TCP頭IP頭幀尾CRC舫數(shù)據(jù)封鈾程不同的協(xié)議層對(duì)數(shù)據(jù)包有不同的稱謂，在傳輸層叫做段( segment),在網(wǎng)絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)，在鏈路層叫做幀(frame)。數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上，到達(dá)目的主機(jī)后每層協(xié)議再剝掉相應(yīng)的首部，最后將應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給應(yīng)用程序處理。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在不同的網(wǎng)段中，那么數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳輸過(guò)程中要經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)路由1.4、工作過(guò)程(1)在PC1客戶端，將原始數(shù)據(jù)封裝成幀，然后通過(guò)物理鏈路發(fā)送給 Switchl的端口1形成的幀為:A03A012132768DATA幀尾CRC幀頭 滬頭 TGP頭 頃尾注：發(fā)送方怎樣知道目的站是否和自己在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段？每個(gè)IP地址都有網(wǎng)絡(luò)前綴，發(fā)送方只要將目的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)前綴提取出來(lái)，與自己的網(wǎng)絡(luò)前綴比較，若匹配，則意味著數(shù)據(jù)報(bào)可以直接發(fā)送。也就是說(shuō)比較二者的網(wǎng)絡(luò)號(hào)是否相同。本題中， PC1和PC2在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)段。（2）Switchl收到數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)后，查看目的 MAC地址，得知數(shù)據(jù)是要發(fā)送給PC2，所以Switchl就對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，查看自己的MAC地址列表后，從端口2將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給路由器的S0端口。（3）Router收到數(shù)據(jù)后，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，然后對(duì) IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分析，重新對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，查看路由表后，從S1端口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，此時(shí)得到新的數(shù)據(jù)幀如下：A02A04192.16&21192.168.1,12132768DATA幀尾CRC幀頭 IP頭 TCP頭 幀尾注：目的IP和源IP地址不會(huì)被改的，改變的是MAC，路由器會(huì)把遠(yuǎn)端的源MAC地址改成下一跳的MAC地址，然后就發(fā)送出去（4） Switch2接收到Router給它發(fā)送的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行校驗(yàn)后直接存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，查看自己的MAC地址列表后，將數(shù)據(jù)幀從端口1發(fā)送給PC2服務(wù)器端。（5）PC2服務(wù)器端收到數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行校驗(yàn)，然后進(jìn)行拆分，得到 TCP報(bào)文段，由此可以知道目的端口號(hào)是21，然后把數(shù)據(jù)交付給相應(yīng)的FTP應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行處理。二、在數(shù)據(jù)的傳輸中會(huì)出現(xiàn)以下一些問(wèn)題，該如何解決？1、針對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)或者丟失的問(wèn)題，也有兩端傳輸速度不同的問(wèn)題，如何解決這些問(wèn)題？答：首先我們假設(shè)主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)（1）差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制方法分兩類，一類是自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ，另一類是前向糾錯(cuò)FEC,也叫前向糾錯(cuò)碼（ForwardErrorCorrection簡(jiǎn)稱FEC）。在ARQ方式中，當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，就設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)，直到收到正確的碼字為止，ARQ方式只使用檢錯(cuò)碼。在FEC方式中，接收端不但能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，而且能確定二進(jìn)制碼元發(fā)生錯(cuò)誤的位置，從而加以糾正，F(xiàn)EC方式必須使用糾錯(cuò)碼。常用的糾錯(cuò)碼有奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼和海明碼等例如：在數(shù)據(jù)幀中加上CRC，這樣主機(jī)B就可以檢驗(yàn)所接收的數(shù)據(jù)是否有差錯(cuò)，如果有差錯(cuò)，那么主機(jī)B可以向主機(jī)A發(fā)送一個(gè)否認(rèn)幀NAK，以表示主機(jī)A應(yīng)當(dāng)重傳出現(xiàn)差錯(cuò)的那個(gè)數(shù)據(jù)幀。（2）丟失的解決辦法超時(shí)重傳。如果主機(jī)A在發(fā)送完數(shù)據(jù)給主機(jī)B之后，若到了超時(shí)計(jì)時(shí)器所設(shè)置的重傳時(shí)間而還沒(méi)有收到主機(jī)B的任何確認(rèn)幀ACK，則主機(jī)A就重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。（3）流量控制假設(shè)主機(jī)A向主機(jī)B傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是無(wú)差錯(cuò)的，那么，最簡(jiǎn)單的流量控制方法就是：發(fā)送方每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)就暫時(shí)停下來(lái)，接收方收到數(shù)據(jù)幀之后就交付給主機(jī)，然后發(fā)一信息給發(fā)送方，表示接收的任務(wù)已經(jīng)完成，這時(shí)，發(fā)送方再接著發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。在這種情況下，接收方的接收緩存的大小只要能夠裝得下一個(gè)數(shù)據(jù)幀即可?；瑒?dòng)窗口：分別在發(fā)送端和接收端設(shè)置發(fā)送窗口和接收窗口發(fā)送窗口用來(lái)對(duì)發(fā)送端進(jìn)行流量控制，為發(fā)送窗口的大小 Wt就是代表在還沒(méi)有收到對(duì)方確認(rèn)信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個(gè)數(shù)據(jù)幀。每收到對(duì)一個(gè)幀的確認(rèn)，發(fā)送窗口就向前滑動(dòng)一個(gè)位置。由此也可以知道，第一種流量控制發(fā)法中，Wt=1。在接收端設(shè)置接收窗口時(shí)為了控制可以接收哪些數(shù)據(jù)而不可以接收哪些數(shù)據(jù)，在接收端只有當(dāng)收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號(hào)落入接收窗口才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。每收到一個(gè)序號(hào)正確的幀，接收窗口就向前滑動(dòng)一個(gè)位置。2、IP數(shù)據(jù)報(bào)有它的長(zhǎng)度，而數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，一些中間設(shè)備也有一個(gè)相關(guān)的設(shè)置MTU（最大傳輸單元），如果現(xiàn)在假設(shè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度是5000字節(jié)，而MTU設(shè)置是1500字節(jié)，那么該怎么辦？答：解決的辦法是對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片與重組。詳細(xì)過(guò)程如下：2.1、IPv4數(shù)據(jù)報(bào)格式一個(gè)IPv4數(shù)據(jù)報(bào)由報(bào)頭和數(shù)據(jù)兩部分組成，其中數(shù)據(jù)包括高層需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而報(bào)頭是為了正確傳輸高層數(shù)據(jù)而增加的控制信息。報(bào)頭的前一部分是固定長(zhǎng)度，共 20字節(jié),是所有IP數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。在報(bào)頭的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的下圖給出了IPv4數(shù)據(jù)報(bào)的格式義bKH0 12 34 5 6 7胱先甑ID|T|R|C|耒用|比特。4 8 16 19 24 31服勞糞型risa 片偏移生再時(shí)間首部複軌和源氓址目的地址可選字段（豎糜可變） SS割E部分3205V首部IP數(shù)捋報(bào)

IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式2.2、不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的MTU值協(xié)議MTU（字節(jié)）Hyperchannel65535令牌環(huán)（16Mbps）17914令牌環(huán)（4Mbps）4464FDDI4352以太網(wǎng)1500X.25576PPP296一個(gè)路由器可能連接不同MTU的網(wǎng)絡(luò)，如下圖；〕網(wǎng)〔恤珂二150CB：<%.25網(wǎng)（MTU=576BJ；〕網(wǎng)〔恤珂二150CB：<%.25網(wǎng)（MTU=576BJ-歸由器主機(jī)B路由器侄接具有不同MTU的網(wǎng)錨2.3、IP數(shù)據(jù)報(bào)分片數(shù)據(jù)報(bào)分片時(shí)，每個(gè)分片前都要加上相應(yīng)的IP報(bào)頭，形成新的IP數(shù)據(jù)報(bào)，除包含一些分片控制域（如標(biāo)志、偏移量）外，分片的報(bào)頭和原 IP數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)頭基本一樣。標(biāo)識(shí)符、標(biāo)志、偏移量3個(gè)字段在IP報(bào)頭中的作用是：?標(biāo)識(shí)：占16bit，標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)報(bào)。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度超出網(wǎng)絡(luò)最大傳輸單元（MTU）時(shí)，必須要進(jìn)行分割，并且需要為分割段（fragment）提供標(biāo)識(shí)。所有屬于同一數(shù)據(jù)報(bào)的分割段被賦予相同的標(biāo)識(shí)值。?標(biāo)志：占3bit，指出該數(shù)據(jù)報(bào)是否可分段。目前只有前兩個(gè)比特有意義。標(biāo)志字段中的最低位記為MF(MoreFragment)。MF=1即表示后面“還有分片”的數(shù)據(jù)報(bào)。MF=0表這已是若干數(shù)據(jù)報(bào)片中的最后一個(gè)。標(biāo)志字段中間的一位記為DF(Don'tFragment)。只有當(dāng)DF=0時(shí)才允許分片。?片偏移：占13bit，若有分段時(shí)，用以指出該分段在數(shù)據(jù)報(bào)中的相對(duì)位置，也就是說(shuō)，相對(duì)于用戶數(shù)據(jù)字段的起點(diǎn)，該片從何處開(kāi)始。片偏移以 8字節(jié)為偏移單位，即每個(gè)分片的長(zhǎng)度一定是8字節(jié)(64Bit)的整數(shù)倍。2.4、IP數(shù)據(jù)報(bào)重組在最終的目的主機(jī)上將接收到的所有分片進(jìn)行重新組裝的過(guò)程就是 IP數(shù)據(jù)報(bào)重組。這時(shí)要根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、偏移量等字段將分段的各個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)重新組裝成完整的原始數(shù)據(jù)報(bào)。2.5本題的詳解過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分為5000字節(jié)長(zhǎng)(使用固定首部)，需要分片長(zhǎng)度不超過(guò)1500字節(jié)的數(shù)據(jù)報(bào)片。因固定首部長(zhǎng)度為20字節(jié)，因此每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片的長(zhǎng)度不能超過(guò) 1480字節(jié)。于是分為4個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片，其數(shù)據(jù)報(bào)片的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度分別為1480字節(jié)、1480字節(jié)、1480字節(jié)和560字節(jié)。原始數(shù)據(jù)報(bào)首部被復(fù)制為各數(shù)據(jù)報(bào)片的首部，但必須修改有關(guān)字段的值。分片結(jié)果如下圖所示：

數(shù)據(jù)韶分共兄叩宇節(jié)苜部11i 11字節(jié)0 1479偏移量=0比=€鎮(zhèn)據(jù)報(bào)片數(shù)據(jù)韶分共兄叩宇節(jié)苜部11i 11字節(jié)0 1479偏移量=0比=€鎮(zhèn)據(jù)報(bào)片2苜部2111480 2959偏移^=1450/3=155數(shù)據(jù)報(bào)片3首部31 J￥2?604430偏移B=2P60/3-370碩據(jù)報(bào)片4偏^=4440/3=5554440500044403、兩個(gè)主機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程，也會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)和丟失，兩端的緩存也不同，如何控制流量？應(yīng)用進(jìn)程如何與端口號(hào)進(jìn)行匹配？答：因?yàn)檫\(yùn)輸層提供的功能是應(yīng)用進(jìn)程之間的邏輯通信， 所以面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP就保證了全雙工的可靠交付的服務(wù)。具體的有關(guān)差錯(cuò)控制和流量控制如下面的詳細(xì)解釋：3.1、運(yùn)輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信，如下圖所示:|AP?)4321應(yīng)用進(jìn)稈 應(yīng)用進(jìn)程端口運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通倍疑3|AP?)4321應(yīng)用進(jìn)稈 應(yīng)用進(jìn)程端口運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通倍疑3IP層221::-:■?■4接收端應(yīng)用進(jìn)環(huán)應(yīng)用進(jìn)程|亙端口'TCP向生送緩存］發(fā)送緩存從接收緩存讀取皴捱塊l=l—TCP訃接收端應(yīng)用進(jìn)環(huán)應(yīng)用進(jìn)程|亙端口'TCP向生送緩存］發(fā)送緩存從接收緩存讀取皴捱塊l=l—TCP訃接枚緩存3.2、TCP發(fā)送報(bào)文段的示意圖如下:屮.?叫￡.出2友達(dá)炳報(bào)文段J報(bào)文段卜…I報(bào)文段X塩送TCP48文段3.3、TCP的數(shù)據(jù)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10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)。3.4、TCP的流量控制與擁塞控制（1）滑動(dòng)窗口（進(jìn)行流量控制）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(guò)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?。?。 貨送窗口 收到確認(rèn)即可刖移1100101200201 300301 40010i 50D5€1 600601 700701S00SOI900L- 不nJ發(fā)迖 可發(fā)送 指針發(fā)送靳口大小為創(chuàng)0字節(jié)發(fā)送窗口縮小可發(fā)送■指針發(fā)送窗口前移發(fā)送窗口縮小可發(fā)送■指針|1100101200201 旳“301 400]■01600fiOl700701BOOSOI900_已發(fā)送_—已發(fā)送但J■fl BT令;芋 rL井被確認(rèn)r未披確認(rèn)r 氣1僅處 ■口」-51JS *扌旨針（b）發(fā)歩了400字節(jié)*吹列的備認(rèn)序號(hào)為201*窗口大小不變*還可以發(fā)送300字節(jié)<c）枝刮的確認(rèn)序號(hào)為初1「酎口大小變?yōu)轸?字節(jié)，還可以發(fā)毘400字節(jié)上圖（a）表示發(fā)送端要發(fā)送900字節(jié)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，劃分為9個(gè)100字節(jié)長(zhǎng)的報(bào)文段，而發(fā)送窗口確定為500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。上圖（b）表示發(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)。上圖（c）表示發(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)。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,如下圖所示:

主機(jī)A; SEQ二1: SEQ=101300201WINr^A.SEQ二201SEQ二主機(jī)A; SEQ二1: SEQ=101300201WINr^A.SEQ二201SEQ二301: SEQ=4011ip1: SEQ=2011liaiI^ACK=501cWIN=200￥1KL SEQ=50111b亠1:^0^=601WIN=0主機(jī)B+負(fù)還能塩送3D。字節(jié)h-*：A還能發(fā)送2D0字節(jié)A還能發(fā)送200字節(jié)（序號(hào)33至500）A還能發(fā)送100T節(jié)（序號(hào)4CTI至506A超吋重覽*但不能坦送序號(hào)500以后曲數(shù)捱允許A再發(fā)送200字節(jié)〔序號(hào)501至700）A還能發(fā)送100T節(jié)（序號(hào)5015700）不允許A再發(fā)送（到序號(hào)600的數(shù)據(jù)都已收到）（2）擁塞控制為了更好地進(jìn)行擁塞控制，因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦使用一下三種技術(shù)， 慢啟動(dòng)（slow_start）、力卩速遞減（multiplicativedecrease） 和擁塞避免（congestionav