計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)第6章 傳輸層.ppt

1、2008 SPLENG,計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)Computer Networks,第6章 傳輸層,本教案參考資料： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Tanenbaum 第3、4版 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)謝希仁 第4版 馬立香，段景山，毛玉明老師課件,2008 SPLENG,傳輸層環(huán)境及面臨的問(wèn)題,端端通信 向高層進(jìn)程提供服務(wù) 希望可靠 希望高效 希望廉價(jià) 利用網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù) 問(wèn)題是： 網(wǎng)絡(luò)能提供可靠的服務(wù)嗎？ 可能丟失分組 可能亂序 可能重復(fù) 因此傳輸層 需要自己采用措施，才能向用戶提供可靠服務(wù),2008 SPLENG,傳輸層,服務(wù) 屏蔽具體網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)和不同網(wǎng)絡(luò)差異，為上層提供與具體網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的通信服務(wù)。 功能 各種網(wǎng)絡(luò)的適配，網(wǎng)絡(luò)通信的分

2、流和復(fù)用、多個(gè)并發(fā)通信的管理、流量控制等。 協(xié)議 TCP UDP TP4,分流：用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳輸層的通信，提高傳輸層的通信速度,2008 SPLENG,6.1 傳輸服務(wù),向用戶（應(yīng)用層進(jìn)程）提供有效、可靠且價(jià)格合理的服務(wù) 面向連接的服務(wù) 無(wú)連接的服務(wù),2008 SPLENG,為什么需要傳輸層,數(shù)據(jù)鏈路層 面向連接的服務(wù) 無(wú)連接的服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)層 面向連接的服務(wù) 無(wú)連接的服務(wù) 傳輸層 面向連接的服務(wù) 無(wú)連接的服務(wù), 相連機(jī)器間, 網(wǎng)絡(luò)間, 用戶間,通信子網(wǎng) 差異大 用戶無(wú)法控制,增強(qiáng)服務(wù)質(zhì)量（QoS） 將通信子網(wǎng)的技術(shù)、設(shè)計(jì)和缺陷與上層相隔離 適合多任務(wù)系統(tǒng)的進(jìn)程間通信控制,2008 S

3、PLENG,傳輸層服務(wù)質(zhì)量,QoS（Quality of Service） 典型參數(shù) 實(shí)現(xiàn)方式 用戶傳輸數(shù)據(jù)前設(shè)定 希望值和最小可接受的值 選項(xiàng)協(xié)商,連接建立延遲,連接建立失敗的概率,吞吐率,傳輸延遲,誤碼率,（安全）保護(hù),優(yōu)先級(jí),恢復(fù)功能,2008 SPLENG,傳輸服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù),網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 由實(shí)際網(wǎng)絡(luò)決定 不直接面向用戶 傳輸服務(wù) 由用戶假定，隱藏網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的缺陷 直接面向用戶，必須簡(jiǎn)便、易用 傳輸服務(wù)原語(yǔ)用戶訪問(wèn)傳輸服務(wù) 簡(jiǎn)單傳輸服務(wù)原語(yǔ) P411 圖6-2 Berkeley Socket原語(yǔ)（TCP） P414 圖6-5,2008 SPLENG,簡(jiǎn)單服務(wù)與套接字服務(wù),2008 SPLEN

4、G,面向連接的傳輸服務(wù)原語(yǔ),2008 SPLENG,一個(gè)簡(jiǎn)單連接管理模式的狀態(tài)圖,2008 SPLENG,6.2 傳輸協(xié)議的要素,與數(shù)據(jù)鏈路層的類似之處 差錯(cuò)控制、流量控制、連接管理等 與數(shù)據(jù)鏈路層的差異 數(shù)據(jù)傳輸通道 數(shù)據(jù)鏈路層：物理通信信道 傳輸層：子網(wǎng) 目的端地址 數(shù)據(jù)鏈路層：不一定顯式指定 傳輸層：必須顯式指定 連接建立過(guò)程 數(shù)據(jù)鏈路層：簡(jiǎn)單，與直接相連的對(duì)方 傳輸層：復(fù)雜，穿越網(wǎng)絡(luò) 通信子網(wǎng)的存儲(chǔ)能力 對(duì)傳輸層通信產(chǎn)生很大影響 連接數(shù)量的差異 數(shù)據(jù)鏈路層：少，固定分配緩沖區(qū)大小 傳輸層：多且動(dòng)態(tài)變化， 必須采用特定的緩沖策略,2008 SPLENG,6.2.1 尋址,傳輸服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)

5、TSAP 標(biāo)識(shí)應(yīng)用程序,當(dāng)主機(jī)1的某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程希望與主機(jī)2的某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程建立連接時(shí)，如何指明該應(yīng)用進(jìn)程？ 通過(guò)TSAP 主機(jī)1上的應(yīng)用進(jìn)程如何知道主機(jī)2上服務(wù)器進(jìn)程的TSAP？ 主機(jī)2上的服務(wù)器進(jìn)程如何接收來(lái)自主機(jī)1應(yīng)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)？,2008 SPLENG,服務(wù)器進(jìn)程如何接收？,方案 各種服務(wù)預(yù)置固定不變的TSAP 例：Telnet 23，SMTP 25，HTTP 80 服務(wù)器進(jìn)程在相應(yīng)的TSAP上偵聽 問(wèn)題 服務(wù)器進(jìn)程很多，但大多數(shù)很少使用，所有服務(wù)器進(jìn)程全天候偵聽浪費(fèi) 解決 進(jìn)程服務(wù)器：偵聽一系列TSAP 名字服務(wù)器：偵聽一個(gè)TSAP,2008 SPLENG,進(jìn)程服務(wù)器,進(jìn)程服務(wù)器為其他服

6、務(wù)器提供代理 同時(shí)監(jiān)聽一組端口，等待外來(lái)的連接 當(dāng)用戶請(qǐng)求的TSAP無(wú)專門服務(wù)器等待時(shí)，則指向一個(gè)進(jìn)程無(wú)服務(wù)器 進(jìn)程服務(wù)器請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的服務(wù)器，然后新服務(wù)器執(zhí)行用戶的請(qǐng)求,2008 SPLENG,名字（目錄）服務(wù)器,查號(hào)臺(tái),服務(wù)器,登記？,2008 SPLENG,應(yīng)用進(jìn)程如何發(fā)送？,問(wèn)題 傳輸實(shí)體怎么知道哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)層地址用來(lái)與TSAP對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程傳輸實(shí)體建立網(wǎng)絡(luò)連接？ 解決 TSAP地址結(jié)構(gòu) 層次型結(jié)構(gòu) 例：地址 = Internet ：（IP地址，本地端口） 平面型結(jié)構(gòu) 二級(jí)映射 名字服務(wù)器 廣播查詢,2008 SPLENG,6.2.2 建立連接,問(wèn)題 由通信子網(wǎng)不可靠造成的丟失、存儲(chǔ)、重復(fù)分組問(wèn)題

7、 問(wèn)題的關(guān)鍵 通信子網(wǎng)中存在延遲的重復(fù)分組,你將離開我嗎？,嫁給我吧！,不,好啊,嗯？,嗯？,不,2008 SPLENG,端到端連接的問(wèn)題,問(wèn)題的關(guān)鍵 通信子網(wǎng)中可能存在延遲的重復(fù)分組 崩潰恢復(fù)：假設(shè)鏈路層采用重傳機(jī)制，當(dāng)RA發(fā)送一幀P后鏈路出錯(cuò)，RA另選路徑，并因?yàn)闆](méi)有收到應(yīng)答而重傳P，在收端就得到重復(fù)分組,路由器RA,子網(wǎng),主機(jī),2008 SPLENG,端到端連接的解決,問(wèn)題的關(guān)鍵 通信子網(wǎng)中可能存在延遲的重復(fù)分組 尤其糟糕的是前一連接的數(shù)據(jù)延遲到下一連接中出現(xiàn) 解決初探 每次連接都使用新的TSAP 將導(dǎo)致進(jìn)程服務(wù)器失效 為每個(gè)連接分配一個(gè)連接標(biāo)識(shí)符(遞增的序列號(hào)) 將導(dǎo)致每個(gè)傳輸實(shí)體長(zhǎng)時(shí)

8、間保持一定量的歷史信息 限制分組的生命周期,2008 SPLENG,限制分組的生命周期,限制子網(wǎng)規(guī)模 防止分組進(jìn)入回路 在每個(gè)分組內(nèi)設(shè)置一個(gè)站段計(jì)數(shù)器 丟棄站段計(jì)數(shù)器值超過(guò)某個(gè)特定值的分組 為每個(gè)分組加上時(shí)間戳 丟棄超過(guò)預(yù)定時(shí)間的舊分組要求時(shí)鐘同步,2008 SPLENG,限制延遲的重復(fù)分組,實(shí)際應(yīng)用中，需要確定 分組已無(wú)效 對(duì)該分組的確認(rèn)也已無(wú)效,基本思想： 確保在同一時(shí)刻永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)序號(hào)相同的TPDU。,2008 SPLENG,數(shù)據(jù)TPDU：基于時(shí)鐘的方法,傳輸實(shí)體在發(fā)送每個(gè)TPDU之前必須檢查該TPDU是否將進(jìn)入禁止區(qū)域 措施：延遲T秒，或重新同步序號(hào),2008 SPLENG,連接T

9、PDU：三次握手,2008 SPLENG,6.2.3 釋放連接,非對(duì)稱釋放 任意一方均可釋放整個(gè)連接 結(jié)果：可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失 應(yīng)用：電話系統(tǒng)中一方掛機(jī)，丟失數(shù)據(jù) 對(duì)稱釋放 每個(gè)方向獨(dú)立釋放本方連接 結(jié)果：仍能繼續(xù)接收數(shù)據(jù) 應(yīng)用：固定的發(fā)送量，并知道何時(shí)發(fā)送完畢 問(wèn)題：兩軍問(wèn)題,2008 SPLENG,非對(duì)稱釋放,2008 SPLENG,對(duì)稱釋放,兩軍問(wèn)題 連接的雙方在確信對(duì)方也準(zhǔn)備釋放連接之前都不準(zhǔn)備斷開連接，那么連接將永遠(yuǎn)也得不到釋放,2008 SPLENG,對(duì)稱釋放連接的4種情況,（a）,（b）,2008 SPLENG,對(duì)稱釋放連接的4種情況,（c）,（d）,2008 SPLENG,對(duì)稱釋

10、放：半連通的連接,產(chǎn)生的原因 A的DR和所有N次重發(fā)均丟失時(shí)，A放棄重發(fā)并釋放連接 B對(duì)A的釋放連接企圖一無(wú)所知，而處于連接有效狀態(tài) 消除的方法 A直到收到一個(gè)應(yīng)答后才能釋放連接 問(wèn)題：如果B超時(shí)釋放連接，A將無(wú)法釋放連接 任意一方在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到任何TPDU，則自動(dòng)釋放連接,2008 SPLENG,6.2.4 流量控制和緩沖策略,2008 SPLENG,6.2.4 流量控制和緩沖策略,與數(shù)據(jù)鏈路層的比較 相似：滑動(dòng)窗口等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)收發(fā)速率匹配 不同：緩沖策略（主機(jī)可以有多個(gè)連接）、子網(wǎng)容量 緩沖策略 發(fā)送方緩存：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不可靠、低速突發(fā)信息 接收方緩存：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可靠、高速平穩(wěn)的信息 緩沖

11、區(qū)大小固定、可變、循環(huán) 動(dòng)態(tài)緩沖區(qū)管理 發(fā)送方在對(duì)方申請(qǐng)緩沖空間 從確認(rèn)中分離接收方緩存 子網(wǎng)的運(yùn)載容量動(dòng)態(tài)調(diào)整滑窗大小,可變大小的窗口,2008 SPLENG,緩沖區(qū)大小,固定大小,可變大小,最大TPDU：空間浪費(fèi) 小于最大TPDU：長(zhǎng)TPDU需占用多個(gè)緩沖區(qū)，維護(hù)復(fù)雜,提高內(nèi)存利用率 緩沖區(qū)管理更復(fù)雜,循環(huán) 緩沖區(qū),輕負(fù)荷時(shí)內(nèi)存利用率低,2008 SPLENG,6.2.5 多路復(fù)用,需要 價(jià)格因素（長(zhǎng)時(shí)間占用虛電路）：向上多路復(fù)用（a） 傳輸技術(shù)（提高傳輸帶寬）：向下多路復(fù)用（b）,2008 SPLENG,6.2.6 崩潰恢復(fù),通信子網(wǎng)崩潰 無(wú)連接服務(wù)：主機(jī)重傳丟失的TPDU 面向連接服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)層建立新的虛電路 服務(wù)器崩潰 服務(wù)器以廣播方式向客戶發(fā)送一個(gè)TPDU，說(shuō)明自己的崩潰并要求客戶通告所有已建立的連接所處的狀態(tài),2008