《网络与通信技术》第5章.ppt

网络与通信技术 第5章端对端的数据传输 第5章知识点 传输层负责整个报文的端到端的传递 即一个主机进程到另一个主机进程的传递 传输层在从源端到目的端的层次中 监管差错控制和流量控制以确保报文全部完整地 按序地到达 进程到进程的传递用户数据报 UDP 传输控制协议 TCP 流控制传输协议 SCTP 拥塞控制和服务质量 不只是在传输层 5 1进程到进程的传递 简述 链路层负责链路上两个相邻节点间的帧传递 称为节点到节点的传递 网络层负责两台主机之间的分组传递 称为主机到主机的传递 因特网中的通信并不是节点到节点或主机到主机的数据交换 实际上通信是发生在两个进程之间的 传输层负责报文从端口到端口的传递 即从一个进程到另一个进程的传递 通常 进程之间的通信采用Client Server模式 5 1进程到进程的传递5 1 1客户 服务器模式 寻址每当需要传送信息到多个目的地之中的某一特定目的地时 就需要一个地址 在传输层 需要一个称为端口号的传输层地址 利用该地址从目的主机上运行的多个进程中选择相应的进程 目的端口用于传送数据 而源端口号用于接收回答 端口号在因特网模型中 端口号是一个在0 65535之间的16位整数 客户端用端口号定义它自己 这个端口号由运行在客户主机上的传输层软件随机选择的 服务器进程也必须用一个端口号定义自己 但这个端口号不能随机选择 因为客户要清楚知道服务器的端口号 5 1进程到进程的传递5 1 1客户 服务器模式 端口号分配在因特网模型中 端口号是由因特网号码分配管理局进行分配的 熟知的 注册的和动态的 熟知端口 0 1023 通常用在服务器 注册端口 1024 49151 IANA不分配也不控制 动态端口 49152 65353 该范围既不受控制也不需要注册 可以由任何进程使用 套接字套接字是支持TCP IP的网络通信的基本操作单元 在传输层实现 进程到进程的传递需要两个标识符 IP地址和端口号 5 1进程到进程的传递5 1 2复用与分离 复用在发送站点 可能有多个进程要发送分组 但任何时候只有一个传输层协议 这是一对一的关系 所以要复用 分用在接收站点 也只有一个传输层协议 但有多个进程可能接收分组 这是一对一的关系 因而需要分用 5 1进程到进程的传递5 1 3无连接服务与面向连接服务 无连接服务分组从一方发送给另一方 不需要建立连接和释放连接 面向连接服务首先需要建立连接 然后传输数据 最后释放连接 如TCP和SCTP协议 5 1进程到进程的传递5 1 4可靠服务与不可靠服务 可靠服务与不可靠服务可靠性的实现是通过传输层实现流量控制和差错控制来获得的 UDP是无连接的 不可靠的 而TCP和SCTP是面向连接 可靠地 如果数据链路层是可靠的 并且已有了流量控制和差错控制 那么还需要传输层进行流量控制和差错控制吗 需要 因为数据链路层的可靠性存在于两个节点之间 而我们需要端对端的可靠性 链路层的差错控制并不能保证传输层的差错控制 另一原因是由于因特网的网络层是不可靠的 尽力传递 所以必须在传输层实现可靠性 5 2用户数据报 UDP 5 2 1UDP描述 描述UDP称为无连接不可靠传输协议 它除了提供进程到进程通信外 几乎没有给IP服务增加任何东西 UDP是一个非常简单的协议 开销小 如果一个进程想发送很短的报文 而且不在意可靠性 就可以使用UDP UDP是数据报的封装UDP协议具有如下几个特征无连接端到端面向报文尽力而为 不对服务质量作任何承诺 它像IP一样提供 尽力而为 的通信 它不提供差错控制 流量控制及拥塞服务 也不对UDP数据报编号 5 2用户数据报 UDP 5 2 2UDP的格式 描述UDP具有8字节的固定头部 5 2用户数据报 UDP 5 2 2UDP的格式 UDP的校验和采用二进制的反码来计算校验和 在计算UDP校验和时 引入了伪首部的概念 所谓伪首部是指为了计算UDP校验和 而从IP数据报首部提取了若干字段 5 2用户数据报 UDP 5 2 3UDP的端口实现及复用机制 端口实现在UDP协议中 端口是通过队列排队机制来实现的 换句话说 应用进程和UDP协议之间数据交换是通过队列来实现的 溢出取情况 5 2用户数据报 UDP 5 2 3UDP的端口实现及复用机制 UDP复用和分用在传输层 当多个应用层进程共用UDP协议时 就意味着UDP要进行复用和分用 复用分用 5 2用户数据报 UDP 5 2 3UDP的端口实现及复用机制 UDP的应用UDP适用于需要简单的请求 响应通信 而较少考虑流量控制的差错控制 UDP适用于具有有内部流量控制和差错控制机制的进程 如简单文件传输协议 TFTP 对于多播来说 UDP是一个合适的传输协议 UDP可用于管理进程 如简单网络管理协议 SNMP UDP可用于某些路由选择更新协议 如路由信息协议 RIP UDP可用于传输语音 视频等实时传输协议 RTP 5 3传输控制协议 TCP 5 3 1TCP服务 TCP描述TCP是一个面向连接的 可靠的协议 TCP在传输层使用流量控制和差错控制 流传递服务段 segment 5 3传输控制协议 TCP 5 3 2TCP的段格式 TCP段的各字段的含义 5 3传输控制协议 TCP 5 3 3TCP连接 连接建立 5 3传输控制协议 TCP 5 3 3TCP连接 传输数据 5 3传输控制协议 TCP 5 3 3TCP连接 连接终止 5 3传输控制协议 TCP 5 3 4流量控制和差错控制 流量控制TCP滑动窗口协议的特点TCP使用的滑动窗口与链路层所用的滑动窗口有两点不同1 TCP的滑动窗口是面向字节的 而数据链路层的滑动窗口是面向帧的 2 TCP的滑动窗口是可变的 而链路层的滑动窗口是固定不变的 5 3传输控制协议 TCP 5 3 4流量控制和差错控制 差错控制TCP使用差错控制来提供可靠性 差错控制包括一些机制 检测受损的段 丢弃的段 失序的段和重复的段 还包括检测出差错后纠正差错的段 差错控制机制的核心是段的重传 5 4流控制传输协议 SCTP 5 4 1描述 流控制传输协议是一种新的可靠的 面向报文的传输层控制协议 兼有UDP和TCP的特性 SCTP主要是为最近引入因特网应用而设计的 它保留报文边界 同时它检测丢失的数据 重复的数据和失序的数据 拥有拥塞控制和流量控制机制 5 5拥塞控制与服务质量 描述 拥塞控制和服务质量是网络的两个重要问题 它们同时又是彼此密切相关的问题 一个问题的解决影响另一个问题的解决 这两个问题不是属于某一层网络协议的问题 它涉及到三个网络协议层次 数据链路层 网络层和传输层 5 5拥塞控制与服务质量5 5 1拥塞控制 拥塞的概念在分组交换网中 若网络的负载 即发送到网络中分组的数目 大于网络的容量 即网络能够处理的分组数目 就产生拥塞 在包交换网络中 拥塞主要是由于分组在路由器的输入和输出端口的等待造成的 输入分组到达路由器的输入接口 在转发之前 要经过以下三个处理过程 5 5拥塞控制与服务质量5 5 1拥塞控制 拥塞产生的原因在输入端口的等待 到达输入接口的分组的到达速率大于分组的处理速率 等待处理的分组队列越来越长 当队列满时 再有分组到达 就会丢弃分组 在输出端口的等待 分组分发的速率小于分组的处理速率 则在接口输出队列里排队的分组越来越长 最终会因来不及分发而丢失分组 解决拥塞的方法增加接口的队列长度 但是 路由器要求快速转发 延迟时间小 提高路由器的处理速度和分发分组的速度 路由器性能不同 价格差别很大 在选定路由器的前提下 可以控制源端发送数据的流量 不让源端发送过多的数据到网络中来 5 5拥塞控制与服务质量5 5 1拥塞控制 网络性能两个重要指标 延迟和吞吐率延迟与网络负载的关系吞吐率与网络负载的关系 5 5拥塞控制与服务质量5 5 1拥塞控制 拥塞控制措施拥塞控制是指在拥塞发生之前 预防拥塞的发生 在拥塞发生之后 采取措施消除或缓解拥塞 拥塞控制方法分类 开环拥塞控制和闭环拥塞控制开环拥塞控制 几种策略 重传策略 在数据链路层 选择重传比Go Back N有利于拥塞控制 选择重传 Go Back N分组丢弃策略 不是所有的分组都是不可丢弃的 有的业务分组可以丢弃不影响服务质量 这时 可以为分组指定优先权 当网络发生拥塞时 丢弃优先权低的分组 确认策略 可以收到一个包确认一次 也可收到多个包确认一次 由于确认分组也是网络负载的一部分 减少确认分组的数量也可以达到减少网络负载的作用 5 5拥塞控制与服务质量5 5 1拥塞控制 闭环拥塞控制基本思想是 发生拥塞的路由器给源端一个反馈 让源端知道发生了拥塞 要求它减少向网络发送数据 闭环拥塞控制的方法 背压法 抑制分组 隐含信令 显式信令背压法 5 5拥塞控制与服务质量5 5 1拥塞控制 抑制分组抑制分组是由拥塞节点发送给源端 通知它发生拥塞的情况 抑制分组的原理 5 5拥塞控制与服务质量5 5 2服务质量 服务质量QoSQoS是网络的一个重要问题 服务是面向用户的 不同的用户业务会有不同的服务质量要求 把网络上传输的数据统称为数据流 一个流有四种特性 可靠性 延迟 抖动和带宽 改进QoS技术调度通信量整形许可控制资源预留 5 6基于WinSock的通信5 6 1WinSock基本概念 Windows套接字WinSoc