08_运输层.ppt

1、7-1,林楠,电子邮件：lynn_ 办公电话办公室：408,运输层,第七讲,7-2,进程,主机,进程,主机,结点,结点,结点,结点,结点,数据链路层,网络层,运输层,运输层：实现进程与进程之间的通信。 网络层：实现主机与主机之间的通信。 数据链路层：实现结点与结点之间的通信。,运输层：两端点之间进程与进程的通信,7-3,运输层的服务： 为运行在不同终端主机上的 应用进程提供逻辑连接。 应用进程之间的通信 又称为端到端的通信。 传输协议运行在终端系统上： 发送端: 分离应用层消息为若干数据段 segments，并为每个数据段 封装上头部信息，然后传送给 网络层。 接

2、收端： 接收数据段并重新组装形成应 用层消息，发送到应用层。,运输层的服务,7-4,运输层：进程之间的逻辑连接 依赖于网络层服务 网络层: 主机之间的逻辑连接,举例: 两个班互相写信 信件 =应用层数据 写信的同学 =进程 教室（班级） =主机 运输层协议 = 两个班长活动在终端 网络层协议 = 邮局提供的传输服务,运输层的服务,7-5,TCP 传输控制协议 Transmission control protocol 面向连接，可靠，按序传输数据； 对数据有校验和重发。 拥塞控制、流量控制 差错控制、连接设置 UDP 用户数据报协议 User datagram protocol 无连接，不可靠

3、，无序传输数据； 对数据无校验和重发。 通信速率高，可靠性需要应用 程序自己来控制。,运输层的服务：TCP与UDP,7-6,进程,进程,客户机,服务器,端口号:80,端口号:52000,运输层,运输层,服务器上的端口号，使用熟知端口号。 （1255用于Internet服务，2561023用于UNIX服务） 客户机上的端口号，是由运输层随机选择的（大于49152-65535）,复用/分用,7-7,进程,202.197.189.133,21,21,IP地址用于选择主机,端口号用于选择应用层不同进程,数据,主机,复用/分用,7-8,202.197.187.133,21,202.197.187.133

4、 21,主机的IP地址,套接字地址,进程的端口号,在建立通信连接的每一端，进程到进程的传输之间要有两个标志： IP地址和端口号，他们的结合称为套接字地址 socket address。 客户机套接字地址定义了一个唯一的客户进程； 服务器套接字地址定义了一个唯一的服务器进程。,复用/分用,7-9,客户机 IP:B,客户机 IP: A,服务器 IP: C,一个UDP的socket由两个标识确认： (目的主机的IP地址 + 进程端口号) 当主机接收UDP数据段时: 检测UDP数据段中目的端口号 转发数据段到相应的 socket，即到相应的进程。 不同发送主机的数据段可以发给接收主机上相同的 sock

5、et,复用/分用：无连接服务 UDP,666,55775,59157,7-10,客户机 IP:B,客户机 IP: A,服务器 IP: C,一个TCP的socket由四个标识确认: （源主机IP地址 + 源端口号 + 目的主机IP地址 + 目的端口号） 一个主机上可能运行多个进程，每个进程为不同连接创建不同的socket 不同发送主机的数据段发给接收主机上的不同 socket。,复用/分用：面向连接服务 TCP,59157,80,80,80,55775,55968,7-11,UDP 是一种无连接的，不可靠的并且缺乏流量控制和差错控制的协议。 UDP除了提供进程到进程的通信代替主机到主机的通信之外

6、，几乎没有对IP服务增加任何新服务，另外UDP提供了很有限的差错校验。 UDP使用端口号对来自应用层的数据实现复用与分用。,UDP常用于多媒体流的应用: 允许数据丢失; 对传输速度要求敏感 其他 UDP 应用 DNS; SNMP 在UDP上实现可靠传输: 在应用层添加可靠服务; 在应用层建立错误恢复机制。,无连接不可靠传输：UDP,7-12,面向连接可靠传输：TCP,面向连接：在数据传输前，在收发双方先建立连接状态，当数据传输完毕， 撤消连接状态（销毁收发双方的TCP缓冲区）。 可靠传输：TCP使用确认机制来检查数据是否安全准确的到达，提供按序的 字节流传输； 全双工数据传输：数据同时在同一连

7、接中双向传输。 流量控制：发送端的发送速度不能超过接收端的处理速度。 拥塞控制：太多发送主机快速发送大量数据到网络中时引起拥塞。,7-13,运输层的服务 复用/分用 运输层的协议 无连接不可靠传输：UDP 面向连接可靠传输：TCP TCP的可靠传输 差错控制 流量控制 拥塞控制 定时器管理,第七讲 运输层,7-14,TCP：差错控制,TCP是可靠的运输层协议。 TCP传送数据流的过程是有序的、无差错的、没有任何部分丢失或重复。 TCP的差错控制检测包括： 被破坏的数据段、丢失的数据段、无序的数据段、重复的数据段。 TCP使用三种简单的工具：校验和、确认、超时。 每个数据段包括：校验和、确认；用

8、来校验被破坏的数据。 如果数据段被破坏，接收主机将丢弃这个数据段。 TCP没有否定确认，只确认已经完好到达并已接收的数据段。 发送主机TCP为每一个发送的数据段启动一个超时计数器，当计数器结束时没有收到确认，则该数据段被破坏或丢失，同时重发该数据段。,7-15,运输层的服务 复用/分用 运输层的协议 无连接不可靠传输：UDP 面向连接可靠传输：TCP TCP的可靠传输 差错控制 流量控制 拥塞控制 定时器管理,第七讲 运输层,7-16,TCP：流量控制 Flow Control,流量控制 : 在收到来自接收端的确认之前，发送端能发送的数据量。 发送端不可发送的太多太快以至于使得接收端的缓存溢出

9、。,为了实现流量控制，TCP使用一种滑动窗口协议。 收发双方主机为每个TCP连接建立一个窗口，该窗口建立在应用程序发送并且准备发送的数据缓冲区上。建立连接的双方都将分配一个缓冲区作为接收数据的存储空间，并通知对方自己窗口的大小。 窗口区间是缓冲区的一部分，包含了一台主机在等待另一台主机的确认期间所能发送的字节数据。 滑动窗口随着数据发送和确认接收，在整个缓冲区内滑动。,滑动窗口协议：sliding window,7-17,发送方缓冲区,已占用的缓冲区部分,为空， 有进程填充,可被立即发送,已发送， 但未确认,已发送， 并得到确认， 已回收,下一个要发送的字节,TCP：流量控制 Flow Con

10、trol,7-18,接收方窗口 receiver window,接收方缓冲区大小：N 已经被占用了M个存储单元； 那么最多只能再接收 N-M 个字节。 接收方窗口 = N-M,为空， 等待从网络中接收更多字节,缓冲区中已占用部分,已处理 并进行回收,接收方窗口 = N-M = 13 6 = 7,TCP：流量控制 Flow Control,7-19,发送方窗口 sender window = 接收方窗口,发送方最多再发送 4 个字节，因为它已经发送了 3 个。,发送方窗口大小=接收方窗口大小,下一个将要发送的字节,TCP：流量控制 Flow Control,发送端未必发送整个窗口大小的数据,7-

11、20,滑动发送方窗口,发送前,发送后,发送窗口大小,发送窗口大小,发送方又发送了两个字节 203 204 ，并从接收方收到202的确认； 此时接收窗口没有变化，发送方开始滑动它的窗口。,TCP：流量控制 Flow Control,7-21,扩展发送方窗口,如果接收方处理数据的速度 大于 它接收数据的速度； 接收方窗口的大小就会扩展，（即接收缓冲区有更多的空闲存储单元）。 并将把窗口大小转给发送方，引起发送方窗口的增大。 例如：接收方确认接收到了204，同时将窗口增到10；,缓冲区中 已占用部分,已处理，并进行回收,接收方窗口 = M-N = 13 3 = 10,202,203,204,发送方窗

12、口大小扩展到 10,TCP：流量控制 Flow Control,7-22,收缩发送方窗口,如果接收方处理数据的速度 小于 它接收数据的速度； 接收方窗口的大小就会减小，（即接收缓冲区有更多的已占用存储单元） 并将把窗口大小转给发送方，引起发送方窗口的减小。 例如：接收方确认接收到了209，同时将窗口缩小到6；,缓冲区中已占用部分,已处理，并进行回收,接收方窗口 = M-N = 13 7 = 6,203,204,发送方窗口大小减小到 6,205,206,207,208,209,TCP：流量控制 Flow Control,7-23,运输层的服务 复用/分用 运输层的协议 无连接不可靠传输：UDP

13、面向连接可靠传输：TCP TCP的可靠传输 差错控制 流量控制 拥塞控制 定时器管理,第七讲 运输层,7-24,拥塞原理: 太多发送主机快速发送大量数据到网络中时，容易引起网络拥塞。 （类似交通堵塞） 与流量控制不同（虽然收发双方发送接收数据速度都很快，但是由于数据经过网络的带宽不等，所以不能无限制的发送！） 表现为： 数据包丢失（路由器的缓冲满了） 很长的延迟（在路由器中缓冲排队）,TCP：拥塞控制,7-25,网络拥塞造成数据包丢失，重发机制进一步加剧了拥塞。 TCP的拥塞控制方案将由接收方的容量和网络的容量所产生的拥塞问题分别处理，除了已经定义的接收窗口外，还定义了拥塞窗口。 拥塞窗口cw

14、nd (congestion window) 随着网络的拥塞情况动态变化。 拥塞窗口的动态调整：一旦发现数据包丢失，则降低重发数据包速度。 接收方承认的接收窗口表示接收缓冲区的容量； 拥塞窗口表示网络的容量； 发送窗口大小 = Min ( 接收窗口，拥塞窗口 ),TCP：拥塞控制,7-26,拥塞窗口大小的调整，随着网络的拥塞动态变化。 1、开始发送报文段时，执行慢开始算法 设置拥塞窗口 cwnd = 1（即设为一最大报文段 MSS） 2、在定时器超时前得到确认信息，认为无拥塞发生 拥塞窗口增加一倍（每经过一个往返时间 RTT ） 在定时器超时前得到确认信息，认为无拥塞发生 拥塞窗口增加一倍（每

15、经过一个往返时间 RTT ） 直到数据传输超时或者等于接收窗口的大小为止。 当拥塞窗口的大小为N个数据包时，如果发送的N个数据包都得到了确认，那么此时拥塞窗口的大小即为N个数据包对应的字节数。,TCP：拥塞控制,7-27,拥塞窗口大小的调整，随着网络的拥塞动态变化。 3、在定时器超时后没有得到确认信息，认为网络拥塞发生 立刻把拥塞窗口恢复到最小值（即设为一最大报文段 MSS） 设置慢开始门限 ssthresh 为当前拥塞窗口的1/2 （但不能小于2） 4、重新开始探测过程 执行慢开始算法，直到达到慢开始门限 。 5、当拥塞窗口 慢开始门限时，改用拥塞避免算法。 即：在定时器超时前得到确认信息，认为无