chapter3传输层.ppt

1、3: Transport Layer,3-1,第三章 传输层,3.1 概述及传输层服务 3.3 UDP 3.4 可靠数据传输 原理 3.5 TCP 3.6 拥塞控制 原理 3.7 TCP 拥塞控制,3: Transport Layer,3-2,3.1 传输层服务,传输层协议运行在不同的主机上 发送方: 将应用层报文分为段，传递给网络层 接收方：将“段”重组为报文，传递给应用层 TCP and UDP,3: Transport Layer,3-3,3.1.1 Transport vs. network layer,一个家庭的例子：12个孩子给另外12个孩子写信 进程 =孩子 应用报文 = 信封里

2、的信件 主机 = 家 传输层协议 = Ann 和 Bill 网络层协议 = 邮政服务,12 kids sending letters to 12 kids,Ann,Bill,3: Transport Layer,3-4,3.1.1 传输层和网络层的关系,12 kids sending letters to 12 kids,网络层: 主机之间的逻辑通信 传输层: 进程之间的逻辑通信 依赖网络层服务，同时也促进网络层服务,3: Transport Layer,3-5,3.1.2 Internet 传输层概述,可靠的，按序传送 ：TCP 拥塞控制 流量控制 建立连接 不可靠，无序传输: UDP 不能

3、实现的服务： 延迟保证 带宽保证,3: Transport Layer,3-6,3.3 UDP: User Datagram Protocol,尽最大努力传送服务, UDP 数据段可能会: 丢失 向应用层传送乱序的数据 无连接: 在 UDP发送方和接收方之间没有握手机制 每个UDP段都独立处理,为什么需要UDP? 不需要建立连接(建立连接会增加延迟） 简单：在发送方和接收方不需要维护连接信息 段头部信息小（无效载荷少，提高传输效率） 没有拥塞控制：可以任意传送突发的大量数据,3: Transport Layer,3-7,3.3 UDP,通常用于流式多媒体数据 允许丢失 对传输速率敏感 其他使用

4、UDP的应用 DNS SNMP 简单网络管理协议 在UDP上实现可靠传输： 在应用层增加可靠性 由应用层进行错误恢复!,3: Transport Layer,3-8,3.3 UDP校验和,发送方: 源端口 + 目的端口 + 长度 A （0101） 校验和 （1010） 发送方将校验和写进UDP报头,接收方: 源端口+目的端口+长度校验和 111 ？（1111） 不是 检测出错 是 未检测出错.,目标: 在传输的数据段中检测错误（比特错误）,3: Transport Layer,3-9,3.4 可靠数据传输原理,3.4.1 构造一个可靠数据传输协议 1. rdt1.0 : 理想的可靠信道 2.

5、rdt2.0 : 有比特错误的信道 3. rdt3.0 : 有比特错误并且会丢失的信道 3.4.2 流水线式可靠数据传输原理 3.4.3 退后N帧协议 (GBN) 3.4.4 选择性重传 (SR),rdt ( reliable data transfer): 没有错误, 没有丢失 ,乱序 udt (unreliable data transfer),3: Transport Layer,3-10,3.4.1 开始构造一个 rdt 协议,3: Transport Layer,3-11,3.4.1 构造可靠数据传输协议（rdt）,1. rdt1.0：基于理想信道 2. rdt2.0：基于有比特错误

6、的信道的 3. rdt3.0：基于会丢失且会出错的信道,3: Transport Layer,3-12,3.4.1 构造可靠数据传输协议（rdt）,发送方,接收方,3: Transport Layer,3-13,3.4.1 构造可靠数据传输协议（rdt）,构造发送方和接收方的可靠协议 只考虑单向数据传输 （控制信息双向传输） 使用有限状态自动机（FSM）描述发送方和接收方,状态转换所产生的行为,由一个状态转入 下一个状态 （由事件决定）,3: Transport Layer,3-14,3.4.1 Rdt1.0,底层是非常可靠的信道 没有比特错误 没有分组丢失 发送方和接收方的行为: 发送方将数

7、据发送给底层信道 接收方从底层信道接收数据,3: Transport Layer,3-15,3.4.1 Rdt2.0,有比特错误的信道 Q : 怎样从错误中恢复: 确认(ACKs): 接收方告诉发送方分组正确接收 否定确认 (NAKs): 接收方告诉发送方分组出错 发送方接收到否定确认后重新传送分组,rdt2.0中的新机制 错误检测 接收方回馈: ACK,NAK,3: Transport Layer,3-16,rdt2.0: FSM 描述,sender FSM,receiver FSM,应用层发送数据，则计算校验和，构造分组，向不可靠信道发送分组,3: Transport Layer,3-17

8、,rdt2.0: 运行 (正确时),sender FSM,receiver FSM,3: Transport Layer,3-18,rdt2.0: 运行（出错时）,sender FSM,receiver FSM,3: Transport Layer,3-19,3.4.1 Rdt3.0（rdt2.0的缺陷）!,如果 ACK/NAK 丢失呢? 发送方只是重传: 可能重复，产生复本,处理重复问题: 发送方在每个分组上添加序列号 如果ACK/NAK丢失，发送方重传当前分组 接收方丢弃重复的分组（不向上层递交）,3: Transport Layer,3-20,rdt3.0 运行（正确时）,3: Tran

9、sport Layer,3-21,rdt3.0 运行（丢失分组/ACK）,3: Transport Layer,3-22,rdt3.0 (过早超时）,3: Transport Layer,3-23,3.4.2 流水线协议,例: 链路带宽R=1 Gbps, 传播延迟RTT=15 ms, 分组长度L=1KB,在1Gbps的链路上只能得到30KB/s的吞吐量 rdt3.0 可以正常工作，但是性能受到限制 网络协议限制了物理资源的充分使用,sender,receiver,RTT,t = L / R,t = RTT + L / R,分组到达 发送 ACK,3: Transport Layer,3-24,

10、流水线Pipelining:提高效率,first packet bit transmitted, t = 0,sender,receiver,RTT,last bit transmitted, t = L / R,first packet bit arrives,last packet bit arrives, send ACK,ACK arrives, send next packet, t = RTT + L / R,last bit of 2nd packet arrives, send ACK,last bit of 3rd packet arrives, send ACK,效率提高3

11、倍!,3: Transport Layer,3-25,3.4.2 流水线协议,流水线: 连续发送多个分组，不需要等 序列号范围要增大 在发送和接收方要能够缓存分组,3: Transport Layer,3-26,3.4.2流水线协议,Q : 如果分组出现错误，怎么处理其他正确的分组 ? 重传错误分组之后的所有分组退后N帧协议 (GBN) 仅仅重传错误分组选择性重传协议SR,3: Transport Layer,3-27,3.4.3 Go-Back-N,接收方： ACK-only: 给当前正确按序接收到的序号最大的分组发送ACK 可能会产生重复的ACK 只需要记住“期待接收的序号”（除此之外都丢

12、弃并发送ACK） 乱序的分组: 丢弃 (不缓存) - 不需要接收方缓冲区! 对当前正确按序接收到的序号最大的分组再次发送ACK,重传错误分组之后的所有分组,3: Transport Layer,3-28,3.4.3 Go-Back-N,Window size = 4,3: Transport Layer,3-29,3.4.4 选择性重传,接收方对每个正确接收的分组都独立回复ACK 如果需要，缓存分组，以确保按序递交到上层 发送方仅仅重新发送未被确认的分组 对每个未被确认的分组都设定了timer 发送方窗口 N 个连续的序列号 限制了可发送的和已发送为被确认的分组个数,仅仅重传错误分组,3: T

13、ransport Layer,3-30,3.4.4 选择性重传,3: Transport Layer,3-31,Selective repeat:,接收方无法区别0号分组是旧的副本还是新的分组！ Q: 序列号范围和窗口大小的关系？ A：序列号为 N bit，窗口大小是 2N/2,Example: seq #s: 0, 1, 2, 3 window size=3,3: Transport Layer,3-32,3.5 面向连接 : TCP,3.5.1 TCP连接 3.5.2 TCP 段结构 3.5.3 序列号和ACK号 3.5.5 可靠数据传输 3.5.6 流量控制 3.5.7 往返时间和超时,

14、3: Transport Layer,3-33,3.5.1 TCP: Overview,全双工传输: 在一个连接上有双向数据流 MSS: maximum segment size 面向连接: 握手 流量控制: 发送方不会淹没接收方 拥塞控制,点到点: 一个发送方，一个接收方 可靠，按序的字节流 流水线式: TCP拥塞控制和流量控制都设置了窗口大小 send 1 super computer(1Gbps) 1 pc(100Kbps) link: 1Mbps ; 500 pc (100Kbps) 500 pc(100Kbps),流量控制 拥塞控制,3: Transport Layer,3-46,3

15、.6.2 拥塞控制两种解决方法,Open-loop control（开环控制） 提前避免： 以良好的设计避免问题出现 漏桶算法 close-loop control（闭环控制） 事后解决。 基于反馈环路的概念 监测网络系统，以检测拥塞发生 汇报拥塞信息 解决问题 2种解决方案: 增加资源; 降低载荷 降低发送速率 阻塞分组算法,3: Transport Layer,3-47,3.6.2拥塞控制两种解决方法,开环控制 漏桶算法 将突发通信量转换为平稳连续的通信量 （通信量整形）,3: Transport Layer,3-48,3.6.2 拥塞控制两种解决方法,(a) 仅影响源端的抑制分组.,2.

16、 闭环控制 站站抑制分组法,(b) 站站抑制分组,3: Transport Layer,3-49,3.7 TCP 拥塞控制,接受方容量 网络容量 接受方窗口 拥塞窗口,2个阶段 慢速启动 拥塞避免 重要的变量: Congwin拥塞窗口 Threshold临界值: 在慢速启动和拥塞避免2个阶段之间定义临界值,3: Transport Layer,3-50,TCP慢速启动,3: Transport Layer,3-51,3.7 TCP 拥塞控制,Internet 拥塞控制算法 3个参数 : 接受方窗口 , 拥塞窗口 , 临界值 算法 : 使用慢速启动算法增加Congwin，直到到达临界值 从临界值

17、开始， Congwin线性增长，直到发生超时现象（即传输失败） 当发生超时，临界值重新设置为当前拥塞窗口的一半,3: Transport Layer,3-52,TCP 拥塞避免,3: Transport Layer,3-53,Chapter 3：transport layer review,3: Transport Layer,3-54,Reliable data transfer,Channel : Error , lost, Disorder ACK(NAK)+retransmit , timer, sequence number,Stop and wait Go back N Select repeat,: send , stop and wait for ACK or NAK, send, ：if seq. number= n bit , then Wr=1 Ws 2n-1 ：if seq. number= n bit , then Wr=Ws 2n-1,3: Transport Layer,3