第6章 传输层.ppt

1、数字通信和计算机网络技术的基础，华北航天工业大学张延英制作，第六章传输层，本章学习有关传输层目标的一些概念和基本知识。传输协议是整个网络体系结构的关键元素之一。网络层和应用层之间的主要功能是负责应用程序之间的通信，主要包括连接端口管理、流量控制、错误处理和数据重新传输。在本章的学习中，必须重点把握和理解以下内容：了解L端口和插头的概念、功能和使用方法了解L TCP协议的基本知识了解L UDP协议的基本知识、第6章传输层、6.1传输层提供的服务、6.2传输层控制协议TCP、6.3用户数据协议UDP、关闭、6.1传输层提供的服务、6.1传输层提供的服务6.1.1传输层概述从网络功能和用户功能的角度

2、划分整个网络体系结构，传输层不属于网络功能部分，而是属于用户功能层的底层。传输层的位置如图6-1所示。6.1.1传输层概述、6.1.2提供更高级别的服务、传输层的最终目标是使用网络层提供的服务为用户(通常是应用层的进程)提供有效、可靠和经济的服务。主要任务是在优化网络服务的基础上，提供从源系统到目标系统的可靠、经济的数据传输，使高级服务用户在徐璐通信时不关注通信子网实现的细节。也就是说，与使用的网络无关。因此，通信子网内的每个交换机节点和连接每个通信子网的路由器没有传输层。6.1.2提供高级服务。例如，如图6-2所示，设置两台计算机主机A和主机B以进行数据通信。计算机A和计算机B同时运行两个应

3、用程序，每个应用程序对必须通过两个相互连接的网络(如主机A上的应用程序AP1和主机)进行数据通信。6.1.2提供更高级别的服务，图6-2多进程通信，6.1.2提供更高级别的服务，图6-3应用程序的数据通信进程，6.1.2提供更高级别的服务在数据链路层上，允许每个链路发送无错误的数据帧(数据帧是有序的、无丢失的、无重复的)。网络层提供路由和网络互连功能，从而使主机A传输的数据段可以根据合理的路由到达主机B。但是，在此过程中，到达主机B的数据不一定是最可靠的。为了提高网络服务的质量，传输层必须重新优化网络服务，并向高级用户屏蔽通信子网的细节。为了便于高级用户查看，两个传输层实体之间似乎存在端对端、

4、可靠性、全双工通信路径。6.1.2提供高水平的服务，在整个通信过程中，数据在传输层上，首次实现真正意义上的端到端数据通信。要实现传输层功能，主机必须安装传输层协议。此协议通常支持多个进程的连接。如上例所示，两对应用进程同时支持通信。在传输层执行传输功能的硬件和软件称为传输实体传输服务访问点(TSAP)，传输实体允许传输层向应用层提供传输服务，如图6-4所示。6.1.2将提供高级服务。用户数据报协议(UDP)适用于未连接的对象。这意味着在发送数据之前不需要建立连接，在目标主机收到数据报后也不需要发送确认。该协议提供高效的传输服务。传输控制协议(TCP)是连接导向的。这意味着必须在发送数据之前建立

5、连接，目标主机必须在收到数据报后发送确认消息。该协议提供可靠的传输服务。提供的功能比UDP多，但相对消息格式和操作机制也很复杂。6.1.4端口、和TCP/IP传输层可通过协议端口(称为端口)标识通信应用进程。传输层通过端口与应用层的应用程序交互，应用层的各种用户进程通过该端口与传输层对象交互。端口实际上是0到65535之间的16位长度地址。0到1023端口号称为熟悉的端口(Well-Known Port)，其馀1024到65535端口号称为常规端口或(动态)连接端口(Registered/Dynamic)，在数据传输过程中，应用程序层将继续执行各种服务器进程、6.1.4端口、图6-5每个端口的

6、含义、6.1.4端口、6.1.4端口、图6-6是通过SMTP通信的主机。由于主机的IP地址是唯一的，因此目标主机可以区分收到的数据报的源系统。套接字为IP地址(32位)和端口号(16位)，总计为48位。如上图6-6所示，(124.33.13.55，200)和(126.45.21.51，25)，6.2传输控制协议TCP，6.2.1 TCP消息格式，6.2.2 TCP编号和确认，6.2.3 TCP的流量控制机制，6.2.4 TCP的重新发送机制，6在传输数据之前，通信双方必须首先商定开始序列号，每次传输数据时，消息段的第一个字节序列号将放在消息段的确认序列号字段中TCP消息段的第一部分包含确认序列

7、号字段，用于完成TCP消息的确认。具体确认是确认收到的数据的最高序列号。返回的确认序列号是收到的数据的最高序列号加1。TCP使用全双工通信方法，因此通信的各方不需要特别发送确认消息段，在数据传输过程中可以确认。这称为带内确认。6.2.3 TCP中的流控制机制、和两个用户进程之间的流控制类似于链接层次结构中两个相邻节点之间的流控制。在快速传输数据时，防止超过接收者能力的方法基于滑动窗口的原理。但是，链路层使用固定窗口大小，而传输层使用可变窗口大小和动态缓冲区分配。TCP消息段的第一个窗口字段中记录的数字是当前设置的传入窗口的大小。假定发件人要传输的数据为8个消息段，每个消息段的长度为100字节。

8、此时，接收方承诺的传送窗口为400字节。具体地说，如图6-9所示。6.2.3 TCP的流控制机制，、图6-9滑动窗口机制，6例如，在接收相对空闲的情况下，整个网络的负载较大的情况下，发送方仍然根据接收方的请求发送数据，网络负载将增加，消息段的延迟将增加，主机无法及时收到确认。因此，重新发送更多的消息段，加重网络的阻塞，形成恶性循环。为了避免这种情况的发生，主机必须及时调整传输速度。6.2.3 TCP的流控制机制，其中最小的一个建议使用三种技术：传输窗口=Min通知窗口、拥塞控制、internet标准慢启动、加速减少(multiplicative decrease)、6.2.4 TCP重发机制、

9、重发机制是TCP协议中最重要、最复杂的问题之一。在这个过程中，重要的是如何设置计时器时间。计时器的时间必须等于数据消息段往返延迟。也就是说，与从发送数据到确认接收方之间经过的时间相同。TCP使用自适应算法计算重发超时时间。发送正确消息段的所有往返延迟均为加权平均值，获取消息段的平均往返延迟RT，TCP将测量此往返延迟所需的时间设置为M，并根据结果延迟计算修改后的RT，如下公式所示：RT=RT (1-) M是修改器，通常值为7/8。6.2.4 TCP重发机制，1988年，Jacobson提出了动态确定超时重发时间的方法。他提出的变化与确认到达时间的概率密度函数的标准差大致成正比，并提出均值偏差作

10、为标准差的近似预测。在此算法中，存储了另一个修改器D(偏差)，D=D (1-)|RT-M|此时，Phil Karn提出了一个简单的建议，即对于重新发送的数据段，不再需要修改超时重新发送时间，目前大多数TCP流程的实现都采用了此算法。管理6.2.5 TCP的传输连接，1。TCP连接的第一握手设置：源端程序将请求发送到此连接序列号。第二次握手：当目标主机收到请求并同意连接时，发送带有连接序列号和源端连接序列号的确认消息。第三握手：源系统接收包含两个初始序列号的响应，然后向目标主机发送带有两个连接序列号的确认。管理6.2.5 TCP的传输连接，图6-10 TCP协议的连接设置过程，管理6.2.5 T

11、CP的传输连接，2 .释放连接的第一握手：数据通信的一方释放请求的第二握手：当接收方收到此请求时，发送确认消息段，当接收方的所有数据都已发送时，接收方向发送方发送具有自己序列号的消息段。第三握手：发送方收到接收方的请求，要求断开连接的消息段，然后发送反向确认。，6.2.5管理TCP传输连接，图6-11 TCP断开连接进程，6.3用户数据协议UDP，6.3.1 UDP数据报格式，6-12 UDP UDP提供无连接服务，因此可靠的数据传输，与IP协议相比，UDP唯一的附加功能是提供协议端口管理，以确保应用进程之间的正常通信。在与对等UDP实体一起传输时，无需建立端到端连接，只需将数据发送到网络或从网络接收数据。UDP还保持父应用程序生成的消息的边界。也就是说，收件人收到的消息与发送时的消息大小完全匹配，因为不会合并或分段消息。6.3.2 UD