计算机网络与通信课件第7章

1、第 七 章 传 输 层 协 议,1、传输层的功能和服务,运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。 运输层对收到的报文进行差错检测。 实现流量控制和拥塞控制 运输层的两个主要协议 UDP (User Datagram Protocol) TCP (Transmission Control Protocol),运输层协议和网络层协议区别,应用进程,应用进程,IP 协议的作用范围 （提供主机之间的逻辑通信）,TCP 和 UDP 协议的作用范围 （提供进程之间的逻辑通信）,因 特 网,运输层协议与数据链路层协议区别,运输层的环境是两个主机通过多个网络进行通信。分组

2、在网络的各结点都要经过排队才能转发，有可能“存储”一些分组。使某些分组在迟延一段时间后突然又出现在收端。 网络内同时存在多条连接，且连接的数目动态变化，因而流量控制和拥塞控制也较为复杂。,2、运输层在层次体系结构中的地位,2、TCP 与 UDP,UDP 不需要建立连接，不需要确认。报文不分段。不提供可靠交付，但是高效。支持广播和多播。 TCP 则提供可靠的、面向连接的服务， 不支持广播或多播服务。数据单元的首部增大，占用处理机资源。 UDP 数据报与IP数据报有很大区别。IP 数据报经过许多路由器的存储转发，但 UDP 用户数据报是在运输层的端到端抽象的逻辑信道中传送的。,3、端口的概念,（1

3、）使用端口的原因 计算机中的进程是用进程标识符来标志的。运行在应用层的各种应用进程却不应当让计算机操作系统指派它的进程标识符。 由于因特网上可使用不同的操作系统，而不同的操作系统使用不同格式的进程标识符。 方法是在运输层使用协议端口号(16bits) 端口号只具有本地意义。不同计算机的相同端口号是无关的。,(2)三类端口,熟知端口号:01023。分配给常用的应用程序 登记端口号:数值为102449151。使用时须在 IANA 登记，以防止重复。 动态端口：4915165535。可由应用程序暂时使用,111 161 69 25 21 23,RPC SNMP TFTP SMTP FTP TELNE

4、T,UDP TCP,IP,熟知端口,(3) 端口使用范例,IP 3,Port 500,Port 501,IP 3,Port 500,IP 4,Port 500,A,B,C,一个IP地址和一个端口port可以唯一的标识一个进程， 称之为套接字（socket）,即： Socket:= IP,port,(4)客户与服务器,主动发起通信请求的进程叫做客户(client)，而被动等待通信请求的进程叫做服务器(server)。 服务器的端口应为熟知端口或确定的端口，客户端的端口可以是动态分配的。,4、UDP协议,UDP 是面向报文的，发送前不分段,I

5、P 数据报的数据部分,IP 首部,IP 层,UDP 首部,UDP 用户数据报的数据部分,运输层,应用层报文,应用层,(1) 报文格式,不上传，亦不下传，校验用,伪首部+首部+数据,(2)UDP的通信过程,A: 封装过程,IP首部,UDP首部,数 据,MAC首部,IP首部,UDP首部,数 据,MAC首部,B: 拆装过程,(3) UDP队列,队列随同端口号一起建立UDP队列 有限，可能溢出,5、传输控制协议TCP,TCP 面向流,(1) 报文格式,31 16 15 0,5-15，以4B为单位，,TCP的编号与确认,编号： 不按传送的报文段，按字节编号。连接建立时，商定初始序号。TCP首部是欲传送第

6、一个数据字节的序号 确认： 对接收到的数据的最高序号，但首部是最高序号加1。即：期望下次收到的第一个数据字节的序号。 注意： 不必专门发送确认报文段，传送数据时顺便确认对方信息,(2) TCP 传输的三个阶段,连接建立 要使每一方能够确知对方的存在。 要允许双方协商一些参数（如最大报文段长 度，最大窗口大小，服务质量等）。 能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中 的项目等）进行分配。 数据传送 连接释放,SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1,三次握手建立 TCP 连接,确认报文段,确认报文段,SYN = 1, seq = x,ACK = 1, seq = x

7、 + 1, ack = y 1,A,B,客户,服务器,CLOSED,主动打开,被动打开,CLOSED,请求连接报文，首部SYN = 第一个数据字节的序号是 x,SYN- SENT,ESTAB- LISHED,SYN- RCVD,LISTEN,ESTAB- LISHED,用三次握手建立 TCP 连接的各状态,SYN = 1, seq = x,ACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1,CLOSED,CLOSED,数据传送,主动打开,A,B,客户,服务器,SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1,TCP 连接释放,通信的双方都可释放连接。,主动关闭

8、,数据传送,ESTAB- LISHED,ESTAB- LISHED,A,B,客户,服务器,数据传送,收到连接释放报文后， 必须发出确认。,closed,closed,closed,ACK = 1, seq = u + 1, ack = w 1,FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1,FIN- WAIT-1,CLOSE- WAIT,FIN- WAIT-2,LAST- ACK,被动关闭,数据传送,通知 应用 进程,ESTAB- LISHED,ESTAB- LISHED,A,B,客户,服务器,数据传送,CLOSED,TCP 连接必须经过时间 2MSL 后才真正释放掉,

9、原因：,第一，为了保证 A 发送的最后一个 ACK 报文 段能够到达 B。 第二，防止 “已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。A 在发送完最后一个 ACK 报文段后，再经过时间 2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段，都从网络中消失。,(3)流量控制,流量控制：通过一定的机制使发送方的发送速率适中，保证让接收方来得及接收和网络不发生拥塞的情况下，尽可能提高发送速率。 TCP采用滑动窗口协议进行流量控制： 连续传送：发送窗口确定可连续传送的数据量 累积确认：每收到两个报文段确认一次，对最后成功、有序接收的字节确认。但当收到时序报文时，应立即发送确认报文,发送窗口的确定,发送窗

10、口=min通告窗口，拥塞窗口 通告窗口：是接收方可用缓冲区大小，即：接收方当前能够接收的最大字节数。保证接收方缓冲区不溢出。在确认报文首部给出。 拥塞窗口： 不发生拥塞的管道容纳的数据量。即，未被确认的数据量。,seq = 1, DATA,seq = 201, DATA,seq = 401, DATA,seq = 301, DATA,seq = 101, DATA,seq = 201, DATA,seq = 501, DATA,ACK = 1, ack = 201, rwnd = 300,ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0,ACK = 1, ack = 501, rwnd

11、 = 100,A,B,允许 A 发送序号 201 至 500 共 300 字节,A 发送了序号 101 至 200，还能发送 200 字节,A 发送了序号 301 至 400，还能再发送 100 字节新数据,A 发送了序号 1 至 100，还能发送 300 字节,A 发送了序号 401 至 500，不能再发送新数据了,A 超时重传旧的数据，但不能发送新的数据,允许 A 发送序号 501 至 600 共 100 字节,A 发送了序号 501 至 600，不能再发送了,不允许 A 再发送（到序号 600 为止的数据都收到了）,丢失！,通告窗口应用举例,拥塞窗口确定：,拥塞窗口(cwnd)根据当前网

12、络状况动态更新，算法为： 慢启动：建立连接之初，拥塞窗口设置为1MSS，正常收到ACK后，拥塞窗口加1MSS。 加法增大：窗口大于慢启动门限ssthresh（上次发生拥塞窗口一半或65535,但最少应为2个MSS）时，每收到一个正常的ACK，窗口增加1/cwnd个MSS。(拥塞避免) 乘法减小：超时：更新ssthresh,并令 cwnd=1， 3个重复的ACK：快速重传,快速重传与快速恢复,当收到小于三个的重复的ACK时，ssthresh和cwnd不变 当收到第三个重复的ACK时，ssthresh=cwnd/2,cwnd=ssthreth+3MSS,重传丢失报文 每次收到另一个重复ACK时，cwnd=cwnd+1MSS，并发送一个分组 收到下一个新数据的ACK时，cwnd=ssthresh,进入拥塞避免阶段,(4)交互式数据传送：,数据字节为1Byte 每个数据产生41字节的分组 会增加拥塞的可能性