第6章 传输层.ppt

Chapter6传输层 本章要点 传输层的地位 传输层的功能 传输层在通信过程中的作用 传输层与应用的需求 两种传输层协议及端口概念 Chapter6传输层 教学目标 掌握传输层的功能 了解传输层的地位 理解传输层在数据通信中的作用 理解传输层与应用关系的数据要求 理解两种传输层协议的工作原理及应用 掌握使用端口的意义 Chapter6传输层 Chapter6传输层 6 1传输层的地位 处于中间层 从应用层接收数据 处理数据 面向应用 面向传输 OSI RM TCP IP Chapter6传输层 6 2传输层功能 跟踪会话 分段数据 重组数据 标识应用 流量控制 开始会话 传输层 Chapter6传输层 6 3运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信 54321 运输层提供应用进程间的逻辑通信 主机A 主机B 应用进程 应用进程 路由器1 路由器2 AP1 LAN2 WAN AP2 AP3 AP4 IP层 LAN1 AP1 AP2 AP4 端口 端口 54321 IP协议的作用范围 运输层协议TCP和UDP的作用范围 AP3 Chapter6传输层 不同的应用程序有不同的要求 对应的传输层有多种协议 要求完整性 允许轻微延迟 要求传输速度 允许偶尔丢失 Ex SMTP http FTPetc Ex VoIP Video DNSetc 可靠通信 低开销通信 6 4与应用相关的数据要求 Chapter6传输层 6 5传输层两种传输协议 TCP IP的运输层有两个不同的协议 1 用户数据报协议UDP UserDatagramProtocol 2 传输控制协议TCP TransmissionControlProtocol 两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元TPDU TransportProtocolDataUnit TCP传送的数据单位协议是TCP报文段 segment UDP传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报 说明 Chapter6传输层 TCP UDP IP 应用层 与各种网络接口 TCP IP模型 Chapter6传输层 可靠性判断标准 跟踪已发送的数据 确认已收到的数据 重传未确认的数据 三项操作 协议特点 快速 低开销 可靠 无需确认 不重传丢失数据 按接收顺序处理数据 确认数据 重传丢失数据 按发送顺序处理数据 TCP UDP TCP UDP的对比 Chapter6传输层 应用层与传输层之间 TCP IP协议为每一个应用协议或应用程序提供的唯一的接口 唯一的端口号区别应用 2 端口的作用 套接字 端口 PORT IP PORT 1 概念 会话的种类 HostA HostB具体会话 识别会话 6 6端口号 protocolportnumber 简称为端口 port Chapter6传输层 3 端口的分类 IANA InternetAssignedNumbersAuthority 公认端口 WellKnownPorts 注册端口 RegisteredPorts Port 0 1023 Port 1024 49151 动态 私有端口 Dynamic PrivatePorts Port 49152 65535 端口用一个16位端口号进行标志 Chapter6传输层 4 端口 应用层协议及传输协议的对应关系 公认端口 保留端口 分配给已知的应用协议 Chapter6传输层 注册端口 动态 私用端口 向端口管理机构申请 便可固定 不固定 动态的 随机的 被动的分配给应用程序 Chapter6传输层 一些应用层协议 往往同时使用TCP和UDP 5 使用netstat命令列出正在使用的协议 本地地址和端口号 外部地址和端口号及连接状态 见netstat doc Chapter6传输层 6 7可靠通信协议 TCP 1 TCP报头格式 不少于20Bytes 保证TCP能提供面向连接的可靠数据通信 Chapter6传输层 2 传输层协议数据单元 PDU 段 segment 对等实体连接时 需要声明所能接收的最大段长 MSS 每个网络都有一个最大的传输单元 MTU MSS MTU Chapter6传输层 3 TCP在C S模式的应用 C1 C2 Server HTTP port80 SMTP port25 C1等待Server响应HTTP返回port49152 C2等待Server响应SMTP返回port51152 发送到TCP的Clients的Server响应使用随机port为目的port ServerHTTP响应 源port 80目的port 49152 ServerSMTP响应 源port 25目的port 51152 C1HTTP请求 源port 49152目的port 80 C2SMTP请求 源port 51152目的port 25 Chapter6传输层 4 TCP连接的建立和释放 两台主机采用TCP通信时 必须在数据交换前建立连接 通信完成后 将关闭会话并释放连接 连接和会话机制保证了TCP的可靠特性 可靠会话 通过连接进程 可以跟踪会话或数据通信 通过连接进程 确保通信主机知道通信做好了准备 完整的TCP会话是双向会话 Chapter6传输层 确认信息 目的主机 数据成功发送退出数据跟踪 源主机 Y N 额外开销 确认信息 重新发送 可靠性会话过程 Chapter6传输层 TCP连接的建立 三次握手 发送SYN消息 收到SYN消息 发送SYN ACK消息 收到ACK SYN消息 发送ACK消息 收到ACK消息 SEQ n0 CTL SYN N 拒绝建立 Y SEQ n1 ACK n0 1 CTL SYN ACK SEQ n0 1 ACK n1 1 CTL ACK TCP连接建立 Chapter6传输层 TCP连接的释放 四次握手 发送FIN消息 收到FIN消息 发送FIN消息 发送ACK消息 收到ACK消息 收到FIN消息 发送ACK消息 收到ACK消息 SEQ m0 CTL FIN SEQ m1 ACK m0 1 CTL ACK SEQ m2 CTL FIN SEQ m3 ACK m2 1 CTL ACK TCP连接的终止或释放 Chapter6传输层 5 TCP传输控制规则与策略 规则 确认 重传 策略 传输可靠性 利用滑动窗口管理 滑动窗口 Slidingwindow 一种用来改善吞吐量的流量控制技术 机制 在任意时刻 发送方都维持了一个连续的允许发送的数据段的序号 称为发送窗口 同时 接收方也维持了一个连续的允许接收的数据段的序号 称为接收窗口 滑动窗口的大小 上界 下界 上界表示要发送的下一个数据段的序号 下界表示未得到确认的数据段的最小编号 发送窗口 单位 Byte Chapter6传输层 接收窗口 上界表示允许接收的数据段序号最大的值 下界表示希望接收的数据段的序号 发送窗口每发送一个数据段 序号取其上界值 上界 1每接收到一个正确响应帧 下界加1 接收窗口序号等于下界的数据段被正确接收 并产生一个响应 下界加1 接收窗口大小不变 落在窗口外的数据段均被丢弃 初始窗口 滑动窗口 Chapter6传输层 TCP拥塞控制 拥塞Congestion 是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多 使得该部分网络来不及处理 以致引起这部分乃到整个网络性能下降的现象 严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿即出现死锁现象 原因 多条流入 一输出线路 如果路由器没有足够的内存来存放所有这些分组 那么有的分组就会丢失 路由器的慢速处理器的缘故 以至于难以完成必要的处理工作 如缓冲区排队 更新路由表等 Chapter6传输层 防止拥塞的策略 重传策略 乱序缓存策略 确认策略 流控制策略 确定超时策略 四种拥塞控制算法 慢启动 拥塞避免 快速重传和快速恢复原文链接 ttp 两种方法 流量 Flow 控制 动态窗口大小 实质是降低数据的传输速率 当网络资源受限时 减小窗口大小 高效网络中 窗口可能很大 动态的 Chapter6传输层 窗口大小 2000B SEQ 1 1000B SEQ 1001 1000B 1 1000B 2001 3000B 2000 1 ACK ACK SEQ 2001 SEQ 3001 3001 4000B 1001 2000B 4000 1 ACK ACK 1000B 1000B 初始窗口大小 由三次握手阶段确定 取决于目的设备支持的最大容量 以不丢失数据为前提 将数据传输速率调到最大 ACK延时越长 传输速率越低 可缓解资源紧张 流量控制过程 Chapter6传输层 窗口大小 2000B SEQ 1 1000B SEQ 1001 1000B 1 1000B 因拥塞而丢失 2000 1 ACK ACK SEQ 2001 SEQ 3001 3001 4000B 1001 2000B 2000 1 ACK ACK 1000B 1000B 窗口大小 1000B 窗口大小由数据是否发生丢失和资源是否受限决定 动态窗口大小 初始窗口 调整窗口 X Chapter6传输层 6 8低开销通信协议 UDP 提供基本的传输层功能 低开销 UDP是无连接的 并且不提供复杂的重新传输 排序和流量控制机制 2 使用UDP的数据报格式 1 UDP的特点 8Bytes开销 Chapter6传输层 3 使用UDP的应用 域名系统 DNS 简单网络管理协议 SNMP 动态主机配置协议 DHCP 路由信息协议 RIP 简单文件传输协议 TFTP 网络游戏 Chapter6传输层 不同数据报可能采用不同的路由 Datagram1 Datagram2 Datagram5 Datagram4 Datagram6 不同路由到达 顺序混乱 不重新排序 丢失不重发 4 UDP数据重组 Chapter6传输层 5 UDP在C S模式的应用 C1 C2 Server DNS port53 RADIUS port1812 C1等待Server响应DNS返回port49152 C2等待Server响应RADIUS返回port51