华中科技大学《计算机网络》课件-第3章数据通信基础技术

计算机网络主讲人：沈丹萍华中科技大学网络空间安全学院2019.3第三章数据通信基础技术23.1数据通信系统3.2数据传输基础3.3数据通信接口3.4数据交换技术3.5差错控制3.5差错控制差错产生3我们把通过通信信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传输差错”，简称“差错”。差错的产生与分类热噪声差错，由传输介质的内部因素引起的差错冲击噪声差错，由外部因素引起的差错突发差错，特点：幅度大，持续时间较长。随机差错，特点：时刻存在、幅度较小强度与频度无关，频谱较宽。3.5差错控制差错的检测4差错检测就是通过在发送方的数据中增加一些用于检查差错的附加位，在接收方通过同样的方法检查接收信号，通过译码发现差错。常用的检错法：奇偶校验码

通过对“1”的个数恒为奇数或偶数用冗余位编码校验。循环冗余码

利用除法及余数的原理来作错误侦测(ErrorDetecting)奇偶校验码5编码规则：先将所要传送的数据码元分组。在各组的数据后面附加一位校验位，使得该组码连校验位在内的码字中“1”的个数为偶数—偶校验“1”的个数为奇数—奇校验垂直奇偶校验、水平奇偶校验、垂直水平奇偶校验、斜奇偶校验强检错能力能检出码字中任意奇数个错误；随机错误十分有效;垂直奇偶校验6发送端在k位表示字符的信息位上，附加一个第k+1位的校验位；接收端根据收到的k位重新产生校验位，并与第k+1位作比较。如相同则无错，否则存在错误。设b1b2…bm-1是同一码组内的各个数据码元，bm为校验位偶校验：b1

b2

….

bm-1

bm=0bm=b1

b2

….

bm-1

奇校验：b1

b2

….

bm-1

bm=1

bm=b1

b2

….

bm-1

1

能发现奇数个差错；

无法发现偶数个差错；

HQZK45T789b10101010101b20011000100b30000111100b41011000011b50110111111b60000110111b7111100100001001011101011010001字符位偶奇b88在传送数据时，常将若干个字符组成一组信息。当对一组内的各字符的同一位进行奇偶校验时，就称为～。

水平奇偶校验

可检测出组内各字符同一位上的奇数个错

可检测出突发长度≤字符长度的所有突发错误

垂直水平奇偶校验把垂直和水平两个方向的奇偶校验结合起来使用。

可检出3位或3位以下的全部错误

可检出所有的奇数个错

可检出大部分偶数个错

可检出长度＜k+1的突发错误9

HQZK45T789b10101010101b20011000100b30000111100b41011000011b50110111111b60000110111b71111001000字符位偶奇10100110011010

HQZK45T789b10101010101b20011000100b30000111100b41011000011b50110111111b60000110111b7111100100001001011101011010001字符位偶奇b8110101110水平循环冗余校验(CRC)11循环冗余码校验(CyclicalRedundancyCheck)，简称CRC。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测(ErrorDetecting)的。它将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，发送时用双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式，将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端，接收端同样用G(x)去除接收到的数据，进行计算，然后把计算结果和实际接收到的余数多项式数据进行比较，若相同的话则表示传输正确。CRC校验检错能力强，容易实现，是目前应用最广的检错码编码方式之一。循环冗余码（CRC码，多项式编码）

110001，表示成多项式x5+x4+1——f(x)生成多项式G(x)——发方、收方事前商定；生成多项式的高位和低位必须为1生成多项式必须比传输信息对应的多项式短。

CRC码基本思想

校验和（checksum）加在帧尾，使带校验和的帧的多项式能被G(x)除尽；收方接收时，用G(x)去除它，若有余数，则传输出错。12校验和计算算法设G(x)为r阶，在帧的末尾加r个0，使帧为m+r位，相应多项式为xrM(x)；按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xrM(x)的位串；按模2减法从对应于xrM(x)的位串中减去余数（等于或小于r位），结果就是要传送的带校验和的多项式T(x)。

T(x)=xrf(x)+[xrf(x)MOD2G(x)]——E(x)

CRC的检错能力发送：f(x)；接收：xrf(x)+E(x)；余数f(x)/G(x）=E'(x)若余数E(x)=E'(x)，则差错不能发现；否则，可以发现。1314例：设编码的信息码元为1101011011m(x)=x9+x8+x6+x4+x3+x+1,k=10(1)假设g(x)=x4+x+1

系数形成的位串为10011r=4-->n=14r(x)的最高幂次为r-1=3(2)x4·m(x)=1101011011，0000(3)1101011011.0000

10011

商数：1100001010

余数：1110r(x)=x3+x2+x+0所需的循环编码C(x)为C(x)=xr·m(x)+r(x)=1101011011，11101101011011,0000100111001110011100111011010011101001001111101100001010商数余数r(x)除数g(x)被除数m(x)规则3：被除数或部分余数的最高位为1，且位数大于等于除数位数时商便为1。规则1：不涉及小数。当余数位小于除数位时便结束除法过程。规则2：减法为模2减。循环冗余校验的特点：16

1、可检测出所有奇数位错2、可检测出所有双比特的错3、可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错4、只能检测出错、不能纠正差错控制技术17

在检错法中，可以通过校验码对接收到的数据进行检查，以判断传送的数据是否正确。当发现错误时采用差错控制机制进行纠正。常用的差错控制通过反馈重发的方法实现纠错。反馈重发，即ARQ（AutomaticRepeatreQuest），它有停止等待和连续工作两种方式。

18

自动重发检错方式(ARQ，Automatic-Repeat-reQuest)

缺点纠错编码：在信息序列中根据某种规则加入一定的校验码。在自动重发请求中，数据信息与校验码一起作为一个整体进行传输。适用：对数据通信实时性无严格要求的场合

优点要求有反馈的信道，只能用于点－点通信。检错能力强；校验的码元位数也少。回退N－ARQ选择重发ARQ

停－等式ARQ

连续式ARQ

ARQ分类※差错控制技术19

1．停止等待的ARQ协议方式

在停止等待的方式中，发送方在发送完一个数据帧后，要等待接收方应答帧的到来，发送方在接收到正确的应答帧(ACK)信号后，就可以发送下一帧数据。如果收到的是表示出错的应答帧信号(NAK)，则重发出错的数据帧。20协议算法等待；将收到的数据帧上交主机；发送应答信息；转到第一步发出一帧；等待；直到收到ACK才发送下一帧发送方接收方21DATA0ACKACKACKDATA2DATA1出错a)正常情况b)数据帧出错送主机AB送主机送主机DATA0ACKNAKACKDATA1DATA1送主机AB送主机重传22DATA0ACKACKDATA1DATA1丢失DATA0ACKACKACKDATA1DATA1丢失c)数据帧丢失d)应答帧丢失送主机送主机丢弃送主机送主机AABBtouttout

实现简单

如同停－等流控技术一样效率低※差错控制技术（续）23

2．连续的ARQ协议方式(2)选择重发ARQ(1)回退N－ARQ发送端连续发出N个帧，接收端以流水线方式顺序接收各个帧，并进行差错检测。一旦某个帧有错，则丢弃该帧和它之后所收到的所有帧。在回退N-ARQ基础上，当接收端发现其中有出错的帧时，它有选择地反馈要求重发的信息，使发送端只重发出错的帧，其余(N－1)个正确帧被接收端先存储起来。回退N-ARQ只能接收顺序帧，故又被称为顺序收发方式。选择重传ARQ可接收乱序帧，故又被称为乱序收发方式。回退N－ARQ24F1F0F2F3F4F5F6X？F7F5F6F7F0F1F2RR2errorRR4REJ5RR6XRR0timeoutRR(P=1)RR2丢弃

5,6,7重发

A

B2512345673891071112131412345673891071112errorretransmittedretransmittederrorACKNAK重传正常传输ACK2NAKNAK发方收方选择重发ARQ课堂练习若下列数据采用水平垂直偶校验，请填充空白处：

26课堂练习下列差错控制编码中，是通过多项式除法来检测错误。A.水平奇偶校验码

B.CRC码C.垂直奇偶校验码

D.水平垂直奇偶校验码2728本课到此结束!293.3.1因特网组网结构自治系统自治系统自治系统GnG1G2LANLAN主干网30网络5网络2网络4G2G3网络1G1138.213.1.5138.213.1.8网络3138.213.0.0由5个网络和3个网关（路由器）组成的互连网。G1网关与网络1（B类地址：网络号为）、网络2（C类地址：网络号为）、网络3（B类地址：网络号为138.213.0.0）直接相连。31当G1收到的数据报目的地址在上述网络号时，可立即将IP数据报封装入相应的物理网络的帧中，通过相应的端口送出，由物理网络直接寻径。

目的地网络目的地网络号 寻径网络1 直接传送网络2 直接传送网络3 138.213.0.0 直接传送网络4 138.213.1.8网络5 138.213.1.832G1到网络5需经过G2，G3，而表中只给出与G1有直接连接的G2地址，但其相对位置是确定的。通过G2、G3的转发，IP数据报能正确到达网络5。由此可知，网关内路由表对网络拓扑的描述是局部的，对互连网的把握是全局的。路由表的主要表目都是基于网络号，即每一表目对应一群主机。

33什么是路由路由是把信息从源穿过网络传递到目的的行为。发生在网络互联层。网络层提供尽力的点到点分组传送，路由器的三个基本功能：存储store、路由routing、传输forwarding。路由器之间的每一条线路都有一个有唯一确定的标识，路由器用这个编号作为网络地址，在源和目的之间传送信息。34路由和交换的比较对比项目路由技术交换技术被传输的数据单元数据报(packet)帧(frame)被连接的网络具有不同物理特性的网络具有相似物理特性的局域网网络互连设备路由器网桥35路由协议路由动作括两项基本内容：寻径即判定到达目的地的最佳路径。路由选择协议转发沿寻好的最佳路径传送信息分组。路由转发协议通常所讲的路由协议，都指路由选择协议。36ABCDEFGH寻径——路径选择指网络中节点根据通信子网的运行状况（可用的数据链路、各条链路中的信息流量），按照一定的策略选择一可用的传送路径，将信息发往目的地DTE。路径选择发生在第三层，对于IP协议，选择基于IP地址。路由器使用硬件对数据进行解封装、封装和选路工作，大大加快了速度37互联网层的选路由左侧路由器进行选路，两条线路都可以使用，那么数据分组将采用多线路到达38互联网层的选路当两条链路中的一条失效，路由器将相互通告这条失效的线路。左侧的路由器得到更新的信息后，将所有的数据通过可用的那条链路进行发送39转发——分组的转发网络中路径选择的方式有两种：直接寻径：源主机与目的主机在相同网络中。在物理网络内部确定主机间的数据传输路径间接寻径：源主机与目的主机在不同网络中。首先需要确定到达目的网络的数据传输路径(利用路由)。然后在目的网络中用直接寻径方法到达目的主机。直接寻径发生在第二层，根据物理地址来进行。间接寻径在第三层完成，依据是IP地址。路由技术就是指为IP数据报在通信子网中寻找传输路径，采用间接寻径方式将数据报逐站传递。路由技术通过网间互连设备——路由器实现。40网络地址的运算主机地址通过IP地址与子网掩码作AND（与）运算得到41网络地址举例~54属于网络，换句话说这些IP地址的网络地址都是42路由表43路由技术的地位利用路由技术可以实现异种网络的互连，完成OSI参考模型的第三层——网络层的功能。屏蔽底层与物理网络相关的技术细节，用统一的IP地址分层次寻址和寻径：根据网络地址，实现到达目的网络的路径选择（广域网技术）。根据主机地址，在目的网络中选择到达目的主机的路径。（局域网技术）。44路由的度量值（metrics）对于不同的路由协议，Metric的参考值不同45数据的封装和解封装PDU46包在路由器中传输的过程包从源发送时进行封装，成为bit流47包在路由器中传输的过程到达路由器前的帧格式48包在路由器中传输的过程源端的路由器解封装数据包，察看源、目的地的IP地址49包在路由器中传输的过程通过与运算得到目的地的网络地址50包在路由器中传输的过程再封装成PPP的帧，通过串行口发往下一跳路由器51包在路由器中传输的过程经过下一跳路由器的解封装、运算过程，查找到目的地的位置，将数据在进行封装发往目的地52路由的基本功能路由的基本工作包括路径判定和数据交换。路径判定即选择最佳的传输路径。首先要选取一种度量标准，根据度量标准确定一种路由算法。根据路由算法收集路由信息，作出判断，将判断结果填入路由表中。在路由器之间交换网络动态的路由信息数据交换就是将IP数据报在网络中传输。在网络层查询到达目的主机的路由表，确定下一个节点。将数据封装后，发送出去。53路由的实现实现路由协议可路由协议(RoutedProtocol)实现数据交换的协议：IP、OSI、NETWARE路由协议(RoutingProtocol)实现路由选择算法的协议：RIP、OSPF、BGP路由选择算法：缺省路由、静态路由、动态路由（距离向量法、链路状态法）。路由协议在路由器间传播网络的变化信息及其相应的路由信息，使路由器根据获得的信息实现特定的路由算法，根据计算结果维护路由表，并为数据（IP数据报）交换确定传输路径。可路由协议完成IP数据报的传输。54可路由协议（IP）55路由器的工作流程路由器工作在网络层，可以将LAN连接到WAN上，或者将两个使用不同介质访问控制子层的LAN连接起来。路由器的工作就是接收信息分组，根据当前网络的状况将其导向最有效的路径。路由器也被称为转存设备，因为它在内存中存贮收到的信息分组，直到它被发送出去。在路由器中的路由表必须实时更新，以准确地反映当前的网络状态。路由表有静态和动态两种维护方式。56路由器的工作流程路由器保存接收到的信息，读取它目的IP地址，通过IP地址“与”子网掩码，抽取出其网络/子网地址信息。查询路由表：如果该网络地址位于路由器直接连接的网络上，就将该分组通过相应的端口发送到目的地址所在的网络中。否则，将得到一个更接近目的地址的指示，继续查询路由表，直至能够从路由器的一个端口发出分组为止。路由器的路由选择是基于网络地址，而不是目标主机IP地址。57路由器的处理过程（1）IP数据报头；（2）检查其目的地址(网络号)；（3）查询相应的路由表；（4）转发前，需要将数据报分段处理（MTU）；（5）无法查到目的地址，路由器给源站点发送“ICMP”返回出错消息。58路由举例G网络网络网络网络FH10.0.0.520.0.0.630.0.0.759路由举例网络G网络网络网络网络FH10.0.0.520.0.0.630.0.0.7603.3.2Inernet路由协议路由算法——即需要何种算法来获得路由表的各项目61正确性；算法简单；能适应网络拓朴和通信量的变化；具有良好的稳定性，即在网络拓朴和通信量的变化后，算法能尽快收敛；公平性（fairness）；算法最佳，能综合链路长度、数据传输率、链路容量、保密与否、传播时延，以及节点缓冲区的占用程度、链路的差错率等诸多因素来优化算法。显然“最佳”是指相对于某一种特定要求下得出较为合理的选择。路由算法的评估62（1）因特网路由表刷新的路径广播算法①

向量-距离算法： 向量-距离(V-D：Vector-Distance)算法，又称Bellman-Ford算法，该算法的基本原理：由网关周期性地向外广播路径刷新报文，即将网关可达的网络或主机（Vector）的距离（Distance）信息，按最短路径原则刷新路由表。距离按照路径上的跳数来计算的。V-D路由协议的典型例子有RIP和IGRP。63V-D算法的特点：易于实现，但不适合在路径频繁变化或大型的IP网环境中应用，收敛过程较慢；另一个不足之处是交换信息量大（要求所有网关都参与，且V-D报文中许多表目与当前刷新无关的）。

64（1）因特网路由表刷新的路径广播算法②

链接-状态算法：

链接-状态(L-S：Link-Status)算法，又称最短路径优先（SPF：ShortestPathFirst）算法。该算法原理：各网关主动测试所有与其相邻网关之间的状态，即网关周期性地向相邻的网关发出简短的查询报文，根据相邻网关的响应判断链接的状态（链路的通或断，主机有否激活），这就是取名L-S的原因；随后各网关周期性地广播其L-S信息；网关收到L-S报文后，可刷新互连网拓扑，若L-S发生变更，立即采用最短路径（Dijkstra）算法，刷新本地路由表。65(2)路由协议RoutingProtocols路由器使用路由协议交互路由信息。路由协议分为两种：

内部网关协议和外部网关协议。外部网关协议（EGP）—在自治系统之间进行路由，包括边界网关协议BGP（BorderGatewayProtocol）。内部网关协议（IGP）—运行在自治系统内部，包括：RIP(RoutingInformationProtocol)OSPF(OpenShortestPathFirst)66内部网关协议IGP如RIP内部网关协议IGP如OSPF外部网关协议EGP如BGP自制系统C自制系统A自制系统B67路由信息协议——RIP（routinginformationprotocol）RIP一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，最大的优点是简单！RIP认为好的路由为通过的路由器数量少，即“距离短”RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器。因此“距离”的最大值为16，即不可达。可见RIP只适用于小型互联网。68开放最短路径优先协议OSPF（openshortestpathfirst）OSPF是基于链接-状态算法，适用于大规模的网络互联OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。目前大多数路由器厂家都支持OSPF，并开始在一些网络中取代旧的RIP。69本课到此结束!703.4.1宽带IP

TMN

光纤传输SDHATM网FRNDDNX.25分组网接入网N-ISDN/PSTN卫星/移动通信网关智能网信号网IP网企业网信息家电CPNoC校园网政务网713.4.2IPoverSDHIPOverSDH，直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善支持，提高了效率。支持IPoverSDH技术的协议、标准和草案主要有：●PPP协议●简化的数据链路协议（SDL）72优点：（1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。（2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。（3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healingRing）能力达到链路纠错；同时又利用OSPF协议防止备和链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。（4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。缺点：（1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。（2）不能像IPoverATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。（3）对IPX等其它主要网络技术支持有限。73

IPoverSDH的应用方案美国Cisco公司于1997年9月推出的12000系列千兆位交换路由器（GSR），可以在千兆位速率上实现因特网业务选路，还具有60Gb/s的多带宽交换能力，提供灵活的拥塞管理、组播和QoS功能，其骨干网速率可以高达2.5Gb/s。

AT&T和KDD已开始提供一条横跨太平洋的海底光缆专用线路连接旧金山和东京，开展IPoverSDH业务；横跨大西洋的海底光缆连接纽约和斯德哥尔摩，从1996年9月开始，也开展了IPoverSDH业务。目前，全世界很多电信公司和大众业，也在建设IPoverSDH网络。743.4.3IPoverWDMIPoverWDM也叫光因特网或IP优化光互连网，是指直接在光网上运行的因特网。它是一种由高性能WDM设备、吉比特和太比特路由交换组成的数据通信网络，综合利用IP技术和基于WDM的光网络技术，交换机与路由器之间可通过光纤直接相连或连至光网络层。采用IPoverWDM技术，可减少网络各层间的中间冗余部分，减少SDH、ATM和IP等各层间的功能重叠，减少设备操作、维护和管理费用。同时，由于省去了ATM层和SDH层，所以传输效率高，额外开销低，简化了网管，并可与IP的不对称业务量特性相匹配，充分利用带宽，大大节省网络运营商的成本，从而间接地降低了用户获得多媒体通信业务的费用。显然，这是一种最直接、最简单、最经济的IP网络体系结构，非常适用于超大型IP骨干网。

75IPoverWDM的应用方案1999年2月，GTS组建了欧洲第一个IPoverWDM网络平台，首先在六个欧洲国家中展开，对50个商业中心提供IP服务，并使这些城市与纽约相连。在以后的三年内，欧洲12个城市之间开展本地交换传送，提供使用光纤的桌面到桌面的IP服务。1999年3月，日本KDD公司利用美国与日本间的跨太平海底光缆，进行了IPoverWDM试验。

我国在拟实现的几个试验网络中，也将采用IPoverWDM技术，目前一些高校和研究机构正在积极开展此项研究。中国网络通信有限公司的中国高速互联网络示范工程中，将采用IPoverWDM技术构建新一代高速宽带网络，其主要业务旨在提供宽带IP批发业务、宽带接入业务、IP电话业务及各种IP业务。

763.4.4IP网的QoS技术随着电信业务的引入，IP网的服务质量（IPQoS）成为下一代Internet的重要研究课题。由于IP协议的无连接特性和IP网络松散的控制管理方式，使这项研究面临很大的挑战。IPQoS的研究范围十分广泛，不仅包含路由和业务流量控制，还涉及到网络管理、计费和网络测量.773.4.5IPv6

为什么要升级IPv41、IP地址空间危机；2、缺少对服务质量优先级，安全性的有效支持；3、IP数据报头的结构不适合发展需要；4、优先的拓扑分级等级78IPv6的改进1、扩展地址

321282、简化的包头

IPv4可变字长20—60字节包头IPv6固定40字节的包头3、对扩展和选项支持的改进

IPv6把选项加在单独的扩展头中，通过这种方法，选项头只有在必要的时候才需要检查和处理4、流IPv6实现了流概念5、身份验证和保密

确保数据报的机密性和真实性79IPv6地址格式IPv6是下一代的IP协议，地址长度为16个字节，即采用128位地址，一般采用“冒号十六进制”表示（IPv4为“点分十进制”地址)。如某IPv6地址：11111111…

1111110011101101

用“冒号十六进制”表示则为：

FF03:BA98:7654:0074:3210:000F:0000:FCFD80IPv6地址的简化形式各字节左侧的0可以省略，如:FF03:BA98:7654:0074:3210:000F:0000:FCFD

可简化为

FF03:BA98:7654:74:3210:F:0:FCFFD如果连续几个字节都是由0组成,还可进一步简化，如:FF03:0:0:0:0:A123:0:FCFD

可简化为FF03::A123:0:FCFD(此简化每个地址只能用一次,如果有两个部分连续为0,只有一个部分可以如此简化)。有时只需要使用地址的一部分。此时可采用如下简化方式：

FF03:0:0:0:0:F123:0:FFFF

可简化为FF03::F123/96(96表示所需要的地址位数)81简化的地址格式82连续0的简化83部分地址84IPv6地址的分类

单播地址(unicastaddress)“单播地址”规定的是某一台计算机。发给某个“单播地址”的数据报应该只传送给该计算机。任播地址(anycastaddress)“任播地址”规定的是具有相同前缀地址的某一组计算机。例如，所有连接在同一物理网络上的计算机都具有相同的前缀地址。发给“任播地址”的数据报应该只传送给该组计算机中的某一台——最靠近或最容易访问者(根据路由协议测量的“距离“最近的一个)。多播地址(multicastaddress)“多播地址”规定的是具有或不具有相同前缀地址的某一组计算机，它们可能连接在同一物理网络也可能连接在不同的物理网络上。发给“多播地址”的数据报应该传送给该组的每台计算机。

85IPv6的数据报格式86IPv6数据报基本报头版本号（4位）

IP协议版本号，其值为6。优先级（4位）优先级值流标识（24位）用来标识请求在网络内的路由器对其进行特别处理的数据流。有效载荷长度（16位）所有扩展头加上传输层PDU的总长度。87IPv6数据报基本报头下一个报头（8位）紧随基本报头的下一个报头的类型代码。所谓“下一个报头”或者是扩展报头，或者是上层协议（如UDP或TCP）的报头。这个字段在IPv4数据报头中称为“用户协议”(protocol）。跳数限制（8位）功能同IPv4中的“生存时间”（TTL）。跳数值为0时该数据报被自动丢弃。88IPv6数据报基本报头源地址（128位）发送本数据报的源主机的IP地址目标地址(128位）接收该数据报的目标主机的IP地址。如果存在“源路由”扩展报头，这个字段为下一个路由器的IP地址。89IPv6数据报形式90IPv6数据报扩展报头其中：“源路由”相当于IPv4中数据报选项中的严格源路由和自由源路由。“目标选项”则规定了源主机发出的信息仅能由目标主机查看，而不允许中间各路由器查看。91本课到此结束!92引入传输层的原因消除网络层的多样性和不可靠性。提供从源主机到目的端主机可靠的、价格合理的、与实际使用的网络无关的信息传输。应用层传输层下三层应用层传输层下三层RRRRR向上提供标准的传输服务向下屏蔽不同的通信子网用户层应用程序93进程间的通信传输

Process-to-processCommunication主机对主机（host-to-host）的通信（计算机级通信）进程对进程（process-to-process）的通信（应用程序级通信），又称“端对端通信”。

94IP协议和传输层协议的作用域

DomainsofIP,TCPandUDPProtocols95传输层的必要性和功能必要性网络层的分组传输是不可靠的。无法了解数据到达终点的时间无法了解数据未达终点的状态。有必要增强网络层提供服务的服务质量。功能为应用进程提供端到端的连接服务。建立连接数据传输释放连接流量控制、差错控制和拥塞控制96一些基本概念传输服务传输层实体利用网络层提供的服务向高层提供有效、可靠和价格合理的服务。传输层提供两种服务：面向连接的传输服务和无连接的传输服务。传输实体(transportentity)：完成传输层功能对等通信实体的硬软件。利用网络提供的点到点的分组传输服务向高层提供端到端的传输服务。拆除连接方式有两种不对称方式：任何一方都可以关闭双向连接；对称方式：每个方向的连接单独关闭，双方都执行DISCONNECT才能关闭整条连接。97一些基本概念1~4层称为传输服务提供者，4层以上称为传输服务用户。应用进程网络层传输实体应用进程网络层传输实体传输协议主机1主机298一些基本概念服务质量(QualityofService)传输层的一个主要功能是增强网络层提供的服务质量。QoS参数在建立连接时，由传输用户描述，双方通过协商确定最后双方都能接收的参数。传输协议数据单元传输用户(应用程序)通过传输协议数据单元TPDU访问传输服务。99传输协议的基本要素寻址(Addressing)IPaddress,localport。传输连接的概念面向应用层需要传输服务的进程，在两个传输用户之间建立逻辑连接，承认对方是自己的传输连接端点。现象为内部表现为一些缓冲区和一组协议机制，外部表现为高可靠性。网络可能丢失、重复包，特别是延迟重复包的存在，导致传输层建立连接的复杂性；解决延迟重复包的关键是丢弃过时的包。100传输层协议的功能

FunctionsofTCP/UDP与应用程序打交道(实现进程间的通信)提供面向连接的传输服务(可选功能)TCP协议（要求可靠传输）能同时提供上述两大功能

UDP协议（要求高效传输）只提供第一项功能(无连接的传输服务)1013.3.1传输控制协议TCP(TransferControlProtocol）：一种面向连接的、可靠的传输层协议。TCP的特点为各种IP服务提供了面向连接的可靠的功能。它建立并维护网络上两个通信主机间的连接，当两者之间传送IP数据包时，一个包含流量控制、排序和差错校验的TCP报头被附加在数据包上，到主机的每一个虚拟连接皆被赋予一个端口号。TCP通过三次握手为两端应用程序建立连接或结束连接。102流数据服务发送方

TCP

接收方

TCP发送方应用程序缓冲区接收方应用程序缓冲区报文段报文段IP数据报IP数据报发送接收字节流字节流分段组装103TCP段格式两个使用TCP的设备之间数据传输的单位是“报文段”。报文段的格式如下：报文段由两部分组成：报头和数据。报头部分20（基本）～60（加上选项）字节。104报文段之报头

HeaderofaSegment源端口地址发送本报文段的主机中应用程序的端口号。目标端口地址接收本报文段的主机中应用程序的端口号。105报文段之报头

HeaderofaSegment序列号分配给本报文段数据第一个字节的编号。为了保证连接性，TCP对每个被传输的字节都须编号。序列号则为报文段中的第一个字节的编号。106报文段之报头

HeaderofaSegment确认号希望接收的另一方发来的字节编号。如果报文段的接收方成功地从另一方接收的字节编号为X，它就将X+1定义为确认号。确认应答和数据可以一起“捎带”传送。107报文段之报头

HeaderofaSegment报头长度以四个字节为单位，其值为5～15（报头长度为20～60字节）。108报文段之报头

HeaderofaSegment控制编码109TCP报文段的控制编码标识说明URG紧急指针字段有效ACK确认字段有效PSH请求对数据进行“推”操作（立即送应用程序，不等缓冲区满）RST连接复位（由于主机崩溃或其他原因出现错误连接时）SYN连接期间序列号同步（用于建立连接）FIN结束连接【推数据】（pushingdata）如果发送方应用程序要求将写入的数据（哪怕1个字节）立即发出而不必等缓冲区满，可使用“push”操作，即令PSH=1。【紧急数据】（urgentdata）URG=1时，表示所发数据为“紧急数据”，紧急数据的范围从报文段数据开始处直到紧急指针所指处。接收方的TCP收到一个URG=1的报文段时，会将其中的紧急数据提取出来，并立即传送给应用程序，而不管它在字符流中的位置如何。110报文段之报头

HeaderofaSegment窗口大小规定对方必须保持的窗口大小（字节）——用于流量控制。此字段为16位，意味着最大窗口容量是65535个字节。检验和(checksum)

差错控制111报文段之报头

HeaderofaSegment紧急指针表示报文段含有紧急数据（当紧急指针标识URG置1时有效）。该值加上序列号即为该报文段最后一个紧急字节的编号。(注：软考书中称为“优先指针”)选项不常用（目前正式使用的有“最大报文段大小”）112端口的含义和分配可以通过IP地址可以标识出本地主机和远程主机。而为了明确客户端和服务器端程序，需要使用所谓“端口号”（portnumber）的另一种标识。有TCP/IP协议族中,端口号的值为0～65535间的某个整数。客户端程序自行规定其端口号（由运行在客户机上的TCP或UDP软件随机选取）。客户端进程的端口通常被称为“临时端口号”（动态端口号）。服务器端程序也必须自行规定其端口号。但这个端口号不有随机选取。服务器端进程的端口号通常被称为“知名端口号”（固定端口号）。113端口号端口号的范围：0~255公共应用255~1023商业公司1024~65535没有限制114端口的分配1)

知名端口

0～1023,由IANA（互联网地址指派机构，一个由美国政府支持的在国际互联网中使用的IP地址、域名和许多其它参数的管理机构）指派和控制。2)注册端口

1024～49151,仅需向IANA注册登记，以免重复。3)动态/私用端口

49152～65535,无人控制也无需注册登记，可由任何进程使用，均为临时端口。115TCP使用的知名端口

Well-knownportsusedbyTCP端口协议说明7Echo向发送端回送一个接收数据报9Discard丢弃所接收的任何数据报13Daytime返回日期和时间20FTP，Data文件传输协议（数据连接）21FTP，Control文件传输协议（控制连接）23Telnet（网络终端）远程登录25SMTP简单邮件传输协议53DNS域名服务器80HTTP超文本传输协议110POP3邮件接收161SNMP简单网络管理协议116端口号应用示例

Example:PortNumber117端口号应用示例

Example:PortNumber118端口号应用示例

Example:PortNumber119传输连接的建立/释放两台机器的两个TCP要使用“三次握手”（three-wayhandshaking）来建立连接。在这个过程中，一个叫做“客户端”（client）的应用程序需要与另一个叫做“服务器端”（server）的应用程序使用TCP作为传输层协议进行通信。三次握手始于服务器端程序——它告诉自己的TCP它已准备好接受某个连接，但它本身并不进行任何连接，这就是所谓请求“passiveopen”。客户端程序则产生一个所谓“activeopen”请求，即告诉它自己的TCP需要与某个特定的服务器端程序建立连接。于是，客户端的TCP便开始启动“三次握手”过程以建立双方的连接。120解决连接问题的方法三次握手方案(three-wayhandshake)A发出序号为X的建链请求CRTPDU；B发出序号为Y的接受建链CCTPDU，并确认A的序号为X的建链请求；A发出序号为X的第一个数据，并确认B的序号为Y的接受建链。三次握手方案解决了由于网络层会丢失、存储和重复包带来的问题。对于重复的连接请求CR对于重复的连接请求CR和重复的确认ACK121三次握手方案连接请求接受连接回送确认发送数据回送确认连接成功TCP属于面向连接，所以在进行数据通讯前线要建立会话，并且同步数据包编号ConnectionEstablishment:

Three-wayHandshaking

三次握手建立连接123释放连接两种释放连接的方法非对称式：发送释放请求后单方面地终止连接，存在丢失数据的危险；对称式：各自独立地发出释放连接请求，收到对方的释放确认后才可以释放连接。但是在实际的通信过程中，使用三次握手+定时器的方法释放连接在绝大多数情况下是成功的。124拆除连接125DoS（拒绝服务攻击）

DoS-Denialofservice，利用三次握手的攻击。过程：当客户端要与服务器进行连接前，要进行三次握手。首先客户端先发出请求，服务端回复请求，攻击就在这个时候产生的，客户端不做第三次握手，而是重新建立一个连接请求，服务器端一直保持这个回话，等待客户端的连接。这样客户端大量建立没有第三次握手的连接，导致服务器系统资源占用过高，Down机。126流量控制流量控制(FlowControl)：传输层利用可变滑动窗口协议来实现流控。所谓可变滑动窗口协议，是指发送方的发送窗口大小是由接收方根据自己的实际缓存情况给出的。为了避免控制TPDU丢失导致死锁，主机应该周期性的发送TPDU。127窗口窗口大小决定在收到确认信息前一次传输的最大数据量128滑动窗口TCP使用“期望确认”，就是指确认号是下一个所希