现代计算机网络原理_8：传输层技术.ppt

1、2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,1,现代计算机网络原理_8 TCP/IP体系结构中的 传输层,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,2,第七章 TCP/IP协议网络层,1、TCP/IP协议族中的传输层协议 用户数据报协议(UDP) 传输控制协议(TCP,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,3,第七章 TCP/IP协议网络层,2、传输层协议的主要功能 为源节点和目的节点间的通信提供端到端的数据传输服务 传输层的服务类别 面向连接的服务 非面向连接(无连接)的服务 传输层服务的提供者：网络层(IP层) 传输层的服务对象：应用

2、层,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,4,第七章 TCP/IP协议网络层,3、传输层的服务功能 面向连接的服务 在无连接的IP网传输的基础上构建面向连接的服务控制机制 连接的管理：连接的建立、维护与释放 发送与接收端到端的流量的(适配)控制 分组的顺序恢复 差错控制：分组的检错与重传机制 非面向连接服务 提供具有较高效率的独立分组的传输服务 为独立分组的分组头提供一定的保护 为应用层特殊要求的传输控制提供简单高效的数据通道 应用层可在此基础上构建各种复杂的传输控制机制,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,5,第七章 TCP/IP协议网络层,OS

3、PF,EGP,TCP,UDP,ICMP,IGMP,IP,RARP,ARP,RIP,BGP,Ethernet, Token Ring, PPP, and so on,Telnet, FTP, TFTP,HTTP,SNMP,SMTP, and so on,Port Number,Protocol Number,Type code,Application Layer,Data Link Layer,Internet Layer,Transport Layer,4、传输层端口,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,6,第七章 TCP/IP协议网络层,4、传输层端口 发送节点与接收

4、节点的IP地址和端口号(port number)标识了互联网上独立的一个的通信进程 特定的传输服务与端口号可建立绑定关系，通信进程发起时，通常必须知道特定服务(对方)的端口号 端口号的分配方式 全局统一分配的端口号：服务器端各种熟知的服务，如 Telnet、SMTP、SNMP、FTP、 全局统一分配的端口号通常称为“熟知端口” “熟知端口”也称为“保留端口” 动态绑定方式，通信发起端为某一通信进程分配 通信双方对特定的通信服务约定,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,7,第七章 TCP/IP协议网络层,4、传输层端口 传输端口的典型分配方式 客户端本地端口动态分配：在非

5、保留端口中随意选择 服务器端口号：根据统一规定的保留端口号配置,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,8,第七章 TCP/IP协议网络层,4、传输层端口 常用的保留端口号：对应特定服务 不同的特定服务通常规定了相应的传输层协议,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,9,第七章 TCP/IP协议网络层,5、用户数据报协议 用户数据报协议：UDPUser Datagram Protocol UDP的特点 主要考虑传输的效率和实时性 提供无连接传输服务，不保证传输的可靠性 分组的出错、丢失、重复和顺序等方面的问题由应用层解决 UDP的报文在网络拥塞时较之T

6、CP方式有利于抢占更多的网络带宽资源,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,10,第七章 TCP/IP协议网络层,5、用户数据报协议 UDP报文的报头格式： UDP报头校验和 校验和是一个可选的功能 校验和对加上伪首部的整个UDP报文进行保护 伪首部仅用于计算校验和，并不传送到接收端,Source port,Destination port,31,UDP length,UDP checksum,0,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,11,第七章 TCP/IP协议网络层,5、用户数据报协议 UDP报文的伪首部,2008 Copyright,SCUT

7、 DT&P Labs,12,第七章 TCP/IP协议网络层,5、用户数据报协议 UDP报文的伪首部(Pseudo header)格式： 校验和计算 (1)将包括伪首部的UDP报文以16位进行划分，不足16位填0 (2)校验和字段先填0，所有的16位字使用反码算术运算相加 (3)将所得的结果取反码(01,10)，结果插入校验和字段 (4)将伪首部丢弃 (5)将UDP报文送IP层进行IP包封装,Source address,Destination address,UDP segment length,Protocol ,00000000,Pseudo header,2008 Copyright,S

8、CUT DT&P Labs,13,第七章 TCP/IP协议网络层,5、用户数据报协议 UDP报文格式,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,14,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 传输控制协议：TCPTransfer Control Protocol TCP的特点 提供面向连接的服务，双工传输 具有数据的确认和重传机制 保证传输顺序 具有端到端的流量控制机制 主要解决传输的可靠性问题 适合数据文件的传输 协议较之UDP复杂，效率较低,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,15,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的

9、传输端口与连接 TCP采用发送和接收端的IP地址、两端的端口号来标识连接 不同的发送接收两端的IP地址和端口号标识不同的连接 系统支持多个进程间采用多个连接进行通信 服务器进程上的某个TCP端口可被多个连接所共享 在一个系统中，TCP可提供基于传输端口的数据复用,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,16,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的数据流和报文段 TCP提供的传输服务是面向数据流的 数据流无结构 数据流进程发送的数据以字节流的形式传输到目的进程 报文段(segment)的划分 TCP把一个大文件的字节流序列划分成若干段 报文段是不定长的 报

10、文段通常封装在一个IP分组中传输 报文段有如下几种类别 用于传输数据的报文段 仅携带确认信息的报文段 携带连接建立请求或释放连接请求的报文段,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,17,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的数据流和报文段 TCP提供的传输服务是面向数据流的 数据流无结构 数据流进程发送的数据以字节流的形式传输到目的进程 报文段(segment)的划分 TCP把一个大文件的字节流序列划分成若干段 报文段是不定长的 报文段通常封装在一个IP分组中传输 报文段有如下几种类别 用于传输数据的报文段 仅携带确认信息的报文段 携带连接建立请求或释

11、放连接请求的报文段,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,18,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的数据流和报文段,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,19,第七章 TCP/IP协议网络层,TCP Header length,U R G,A C K,P S H,R S T,S Y N,F I N,Window size,Checksum,Urgent point,Options (0 or more 32-bit words,Data,Acknowledgement number,Sequence number,Source

12、port,Destination port,Bit 0,31,6、传输控制协议 TCP报文段的格式,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,20,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP报文段的段头参数 源端口和目的端口 序号：标识报文在数据流中的相对位置 确认序号：应接收的下一个字节的序号 报文段头长度(以32位字为单位) 保留比特(6位) 码元比特：定义TCP的功能,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,21,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP报文段的段头参数 紧急指针：it is used to indica

13、te a byte offset from the current sequence number at which urgent data are to be found 窗口：用于流量控制 校验和：用于保护整个报文段 选项：用于实现附加的TCP功能 填充字段：在有选项时，将段头的长度填充到32bit的整数倍,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,22,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP报文的校验 校验和的计算方法与UDP报文的校验方法类似 校验的覆盖范围除TCP的报文段外，还要覆盖一个TCP的伪报头,Source address,Destinat

14、ion address,TCP segment length,Protocol ,00000000,Pseudo header,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,23,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的连接建立过程 通过“三次握手”的方式 发送顺序号x、y的初始值为随机数,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,24,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的连接释放过程 通信双方分别关闭应用程序后释放连接,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,25,第七章 TCP/IP协议网络层,6、

15、传输控制协议 TCP的确认与重传机制 TCP的确认针对数据流中的字节 确认的字节为已经正确连续接收的的字节的序号加1 这种确认称为“累积确认,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,26,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的确认与重传机制：确认过程示例,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,27,第七章 TCP/IP协议网络层,Events at Sender Site,Network Messages,Events at Receiver Site,6、传输控制协议 TCP的确认与重传机制：重传机制示例,2008 Copyrig

16、ht,SCUT DT&P Labs,28,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 滑动窗口机制 发送窗口： 在未收到确认之前，允许发送的数据量有滑动窗口的大小确定 收到窗口下界确认时，窗口就向前滑动 只允许进入窗口的数据能够发送 滑动窗口只重传未被确认的数据 接收窗口： 只接收窗口内到达的帧 窗口内下界的帧到达后，才发出确认,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,29,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的发送滑动窗口,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,30,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的

17、接收滑动窗口,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,31,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的窗口流量控制机制 TCP允许改变窗口的大小 在确认报文中除确认序号外，还包含窗口通告，告知发送方目前接收方还可接收数据的能力 窗口通告值可被认为是当前接收缓冲区的大小 窗口通告值增加时，发送方可以扩大发送窗口的大小 窗口通告值减小时，发送方应减小其发送窗口的大小 窗口通告值为零时，禁止发送方发送数据 TCP的窗口机制同时起到提供可靠传输和流量控制的功能,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,32,第七章 TCP/IP协议网络层,Send

18、er,Receiver,2K, SEQ=0,ACK=2048, WIN=2048,2K, SEQ=2048,ACK=4096, WIN=0,ACK=4096, WIN=2048,1K, SEQ=4096,Receiver buffer,2K,Empty,0,4K,Full,Application reads 2k,2K,2K,1K,Application does a 2k write,Application does a 3k write,Sender is blocked,Sender may send up to 2K,6、传输控制协议 TCP的窗口流量控制机制示例,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,33,第七章 TCP/IP协议网络层,6、传输控制协议 TCP的拥塞控制机制 TCP是端到端的协议 TCP的拥塞控制是在端到端的基础上进行的 网络的拥塞发生时，发送和接收两端不能了解拥塞的原因，也不