計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第7版 第 5 章 運(yùn)輸層 (5.3 至5.5節(jié))

電子信息工程學(xué)院課程教案計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第7版，電子工業(yè)出版社教師備課專用日期2028年5月9日，上午3-4節(jié)周次單元第11周第1單元章節(jié)（專題、項(xiàng)目）名稱第5章運(yùn)輸層(5.3至5.5節(jié))課時(shí)2教學(xué)目的掌握TCP/IP體系中的傳輸控制協(xié)議TCP的基本特點(diǎn)、基本原理。教學(xué)重點(diǎn)傳輸控制協(xié)議TCPTCP最主要的特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)1.信道利用率2.自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ教學(xué)模式講授教學(xué)手段多媒體課件和板書結(jié)合教學(xué)內(nèi)容5.3傳輸控制協(xié)議TCP概述5.3.1TCP最主要的特點(diǎn)5.3.2TCP的連接5.4可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?.5TCP報(bào)文段的首部格式教學(xué)過(guò)程詳見(jiàn)后面“教學(xué)過(guò)程頁(yè)”思考或作業(yè)課本P254，第5-15、5-16、5-17、5-6、5-19、5-20、5-21題單元反思突出重點(diǎn)，重在理解運(yùn)輸層的通信原理，對(duì)比TCP和UDP的區(qū)別第5章運(yùn)輸層課程引入TCP是TCP/IP體系中非常復(fù)雜的一個(gè)協(xié)議。本節(jié)先對(duì)TCP協(xié)議進(jìn)行一般的學(xué)習(xí)，然后再逐步學(xué)習(xí)TCP的可靠傳輸、流量控制和擁塞控制等問(wèn)題。新課講授5.3.1TCP最主要的特點(diǎn)TCP是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議。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）。TCP提供可靠交付的服務(wù)。TCP提供全雙工通信。面向字節(jié)流：TCP中的“流”(stream)指的是流入或流出進(jìn)程的字節(jié)序列?！懊嫦蜃止?jié)流”的含義是：雖然應(yīng)用程序和TCP的交互是一次一個(gè)數(shù)據(jù)塊，但TCP把應(yīng)用程序交下來(lái)的數(shù)據(jù)看成僅僅是一連串無(wú)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)流必須和發(fā)送方應(yīng)用程序發(fā)出的字節(jié)流完全一樣。注意：TCP連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。TCP對(duì)應(yīng)用進(jìn)程一次把多長(zhǎng)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)方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來(lái)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(zhǎng)度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。TCP可把太長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊劃分短一些再傳送。TCP也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報(bào)文段發(fā)送出去。5.3.2TCP的連接1.特點(diǎn)：TCP把連接作為最基本的抽象。每一條TCP連接有兩個(gè)端點(diǎn)。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。端口號(hào)拼接到(contatenatedwith)IP地址即構(gòu)成了套接字。2.套接字(socket)：套接字socket=(IP地址:端口號(hào))TCP連接，IP地址，套接字TCP連接就是由協(xié)議軟件所提供的一種抽象。TCP連接的端點(diǎn)是個(gè)很抽象的套接字，即（IP地址：端口號(hào)）。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。5.4可靠傳輸?shù)墓ぷ髟砝硐氲膫鬏敆l件有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)傳輸信道不產(chǎn)生差錯(cuò)。(2)不管發(fā)送方以多快的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方總是來(lái)得及處理收到的數(shù)據(jù)。在這樣的理想傳輸條件下，不需要采取任何措施就能夠?qū)崿F(xiàn)可靠傳輸。然而實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)都不具備以上兩個(gè)理想條件。必須使用一些可靠傳輸協(xié)議，在不可靠的傳輸信道實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。5.4.1停止等待協(xié)議1.停止等待協(xié)議“停止等待”就是每發(fā)送完一個(gè)分組就停止發(fā)送，等待對(duì)方的確認(rèn)。在收到確認(rèn)后再發(fā)送下一個(gè)分組。全雙工通信的雙方既是發(fā)送方也是接收方。無(wú)差錯(cuò)情況出現(xiàn)差錯(cuò)確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到2.自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ通常A最終總是可以收到對(duì)所有發(fā)出的分組的確認(rèn)。如果A不斷重傳分組但總是收不到確認(rèn)，就說(shuō)明通信線路太差，不能進(jìn)行通信。使用上述的確認(rèn)和重傳機(jī)制，我們就可以在不可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)可靠的通信。像上述的這種可靠傳輸協(xié)議常稱為自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ(AutomaticRepeatreQuest)。意思是重傳的請(qǐng)求是自動(dòng)進(jìn)行的，接收方不需要請(qǐng)求發(fā)送方重傳某個(gè)出錯(cuò)的分組。信道利用率：流水線傳輸就是發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)分組，不必每發(fā)完一個(gè)分組就停頓下來(lái)等待對(duì)方的確認(rèn)。這樣可使信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送。由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。5.4.2連續(xù)ARQ協(xié)議發(fā)送方維持的發(fā)送窗口，它的意義是：位于發(fā)送窗口內(nèi)的分組都可連續(xù)發(fā)送出去，而不需要等待對(duì)方的確認(rèn)。這樣，信道利用率就提高了。連續(xù)ARQ協(xié)議規(guī)定，發(fā)送方每收到一個(gè)確認(rèn)，就把發(fā)送窗口向前滑動(dòng)一個(gè)分組的位置。1.累積確認(rèn)接收方一般采用累積確認(rèn)的方式。即不必對(duì)收到的分組逐個(gè)發(fā)送確認(rèn)，而是對(duì)按序到達(dá)的最后一個(gè)分組發(fā)送確認(rèn)，這樣就表示：到這個(gè)分組為止的所有分組都已正確收到了。優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，即使確認(rèn)丟失也不必重傳。缺點(diǎn)：不能向發(fā)送方反映出接收方已經(jīng)正確收到的所有分組的信息。2.Go-back-N（回退N）如果發(fā)送方發(fā)送了前5個(gè)分組，而中間的第3個(gè)分組丟失了。這時(shí)接收方只能對(duì)前兩個(gè)分組發(fā)出確認(rèn)。發(fā)送方無(wú)法知道后面三個(gè)分組的下落，而只好把后面的三個(gè)分組都再重傳一次。這就叫做Go-back-N（回退N），表示需要再退回來(lái)重傳已發(fā)送過(guò)的N個(gè)分組。可見(jiàn)當(dāng)通信線路質(zhì)量不好時(shí)，連續(xù)ARQ協(xié)議會(huì)帶來(lái)負(fù)面的影響。3.TCP可靠通信的具體實(shí)現(xiàn)TCP連接的每一端都必須設(shè)有兩個(gè)窗口——一個(gè)發(fā)送窗口和一個(gè)接收窗口。TCP的可靠傳輸機(jī)制用字節(jié)的序號(hào)進(jìn)行控制。TCP所有的確認(rèn)都是基于序號(hào)而不是基于報(bào)文段。TCP兩端的四個(gè)窗口經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)變