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1、第第5章 运输层章 运输层 机械工业出版社机械工业出版社 ISBN 7-111-22935-3 本章学习内容及要求本章学习内容及要求 ?本章学习内容及要求本章学习内容及要求 ?要求了解运输层复用与分解的基本概念。要求了解运输层复用与分解的基本概念。 ?熟悉套接字的作用。熟悉套接字的作用。 ?熟悉实现可靠数据传输网络协议的分析方法。熟悉实现可靠数据传输网络协议的分析方法。 ?掌握运输层基本功能与服务质量的基本概念。掌握运输层基本功能与服务质量的基本概念。 ?掌握用户数据报UDP，以及传输控制协议TCP的 基本内容。 掌握用户数据报UDP，以及传输控制协议TCP的 基本内容。 5.1 运输层提供的
2、服务运输层提供的服务 ?5.1.1 运输层的作用运输层的作用 ?运输层的位置在网络边缘，属于端到端的层次。运输层协 议处在计算机网络中的端系统之间，为应用层提供可靠的 端到端的通信和运输连接。 运输层的位置在网络边缘，属于端到端的层次。运输层协 议处在计算机网络中的端系统之间，为应用层提供可靠的 端到端的通信和运输连接。 ?运输层为高层用户屏蔽了下面通信子网（网络核心）的细 节。 运输层为高层用户屏蔽了下面通信子网（网络核心）的细 节。 ?运输层起着承上启下的功用。运输层起着承上启下的功用。 ?运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报 文提供差错检测，包括传输数据出错、传输数据丢失、
3、应 答数据丢失、重复、失序、超时等。 运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报 文提供差错检测，包括传输数据出错、传输数据丢失、应 答数据丢失、重复、失序、超时等。 ?运输协议要为端系统提供流量控制，并对尽力交付的网络 提供拥塞控制等。还有连接建立与连接释放、连接控制和 序号设置等。 运输协议要为端系统提供流量控制，并对尽力交付的网络 提供拥塞控制等。还有连接建立与连接释放、连接控制和 序号设置等。 5.1.2 运输层与网络层的关系运输层与网络层的关系 ?网络层是为主机之间提供逻辑通信，运输层是为应用进程之 间提供端到端的逻辑通信。 网络层是为主机之间提供逻辑通信，运输层是为应用进程
4、之 间提供端到端的逻辑通信。 运输协议复杂程度与底层网络的关系运输协议复杂程度与底层网络的关系 图中用高度表示协议的复杂程度。可以看出在应用层和运输层的接口 处，运输层必须为应用层提供可靠的端到端运输服务。 若网络服务可以提供很好的质量，相应的运输协议就可以很简单，反之 若网络服务很差，对应的运输协议就很复杂。 5.1.3 运输层协议与相邻层的关系描述运输层协议与相邻层的关系描述 ?依据依据OSI对运输层抽象描述，运输层向应用层提供运输服务的是运输实 体，使用运输服务的是运输服务用户，运输服务用户可以是应用层中的 各种应用进程，或是应用层实体。 对运输层抽象描述，运输层向应用层提供运输服务的是
5、运输实 体，使用运输服务的是运输服务用户，运输服务用户可以是应用层中的 各种应用进程，或是应用层实体。 ?运输层中的两个对等运输实体通过运输协议进行通信，运输层提供的运 输服务也使用了下面网络层向上提供的网络服务。 运输层中的两个对等运输实体通过运输协议进行通信，运输层提供的运 输服务也使用了下面网络层向上提供的网络服务。 5.1.4 运输层的服务质量运输层的服务质量 ?传输层服务质量的参数有：传输层服务质量的参数有： ? 连接建立延迟； 连接建立延迟； ? 连接建立失败的概率； 连接建立失败的概率； ? 吞吐率； 吞吐率； ? 传输延迟； 传输延迟； ? 残余误码率； 残余误码率； ? 安全
6、保护； 安全保护； ? 优先级； 优先级； ? 恢复功能。 恢复功能。 5.1.5 运输服务原语和运输协议数据单元运输服务原语和运输协议数据单元 ?运输服务原语用来描述运输用户如何访问运输服务。运输服务原语用来描述运输用户如何访问运输服务。 ?运输服务需要运输协议，即运输协议数据单元运输服务需要运输协议，即运输协议数据单元TPDU来实现。来实现。 5.2 运输协议的要素运输协议的要素 ?5.2.1 网络中的寻址网络中的寻址 ?计算机网络中的主机（计算机设备）也有连接标 识，在因特网中用 计算机网络中的主机（计算机设备）也有连接标 识，在因特网中用IP地址作为计算机设备的连接 标识。 地址作为计
7、算机设备的连接 标识。 ?这些连接标识是一个逻辑地址，与计算机设备的 物理地址相联系，采用连接标识是为了寻址的方 便。 这些连接标识是一个逻辑地址，与计算机设备的 物理地址相联系，采用连接标识是为了寻址的方 便。 ?在计算机网络中必须使用逻辑地址才有可能实现 计算机设备以及网络的互连。 在计算机网络中必须使用逻辑地址才有可能实现 计算机设备以及网络的互连。 计算机网络中的地址计算机网络中的地址 计算机网络中有四种地址：域名地址、端口地址、IP地址、物 理地址，自顶向下依次与应用层、运输层、网络层、数据链路 层对应。 5.2.2 复用与分用复用与分用 ?运输层一个很重要的功能就是复用和分用。运输
8、层一个很重要的功能就是复用和分用。 ?应用层的多个进程通过应用层和运输层之间 的不同端口向下交到运输层。 应用层的多个进程通过应用层和运输层之间 的不同端口向下交到运输层。 ?再向下复用道网络层，使用网络层提供的服 务。 再向下复用道网络层，使用网络层提供的服 务。 ?目的主机的运输层使用分用功能，根据套接 字标识，通过不同的端口号把报文分别交付 到相应的应用进程。 目的主机的运输层使用分用功能，根据套接 字标识，通过不同的端口号把报文分别交付 到相应的应用进程。 三个进程连接的复用和分解三个进程连接的复用和分解 两台客户机主机A、B，一台服务器主机C，A有一个HTTP进程与服务器 连接，B有
9、两个HTTP进程与服务器连接。 5.2.3 运输连接的建立与释放运输连接的建立与释放 ?连接建立采用三次握手机制，这里的一次握手其实讲的是协议数据单元 从通信的一方传输到另一方，之所有采用三次握手，原因是下层网络服 务是不可靠的。 连接建立采用三次握手机制，这里的一次握手其实讲的是协议数据单元 从通信的一方传输到另一方，之所有采用三次握手，原因是下层网络服 务是不可靠的。 连接释放分为突然释放和文雅释放，无连接的服务使用突然释放，面向连接的 服务采用文雅释放。 5.2.4 连接控制与缓冲管理连接控制与缓冲管理 ?连接控制涉及到收发双方的同步，即接收方 能够来得及接收到达的数据单元，能够区分 所
10、接收的协议数据单元的边界。 连接控制涉及到收发双方的同步，即接收方 能够来得及接收到达的数据单元，能够区分 所接收的协议数据单元的边界。 ?发送方和接收方都要有足够的缓冲区存放协 议数据单元，网络协议要能够建立相应的缓 冲区，分配和管理缓冲区的大小，并在连接 释放后立即释放所占用的缓冲区。 发送方和接收方都要有足够的缓冲区存放协 议数据单元，网络协议要能够建立相应的缓 冲区，分配和管理缓冲区的大小，并在连接 释放后立即释放所占用的缓冲区。 5.2.5 差错控制差错控制 ?计算机网络中常用的差错控制方法有：奇偶 校验；校验和计算；循环冗余校验 计算机网络中常用的差错控制方法有：奇偶 校验；校验和
11、计算；循环冗余校验CRC。 ?奇偶校验常用在串行异步传输中。奇偶校验常用在串行异步传输中。 ?校验和计算用在运输层的差错控制中。校验和计算用在运输层的差错控制中。 ?循环冗余校验循环冗余校验CRC用在数据链路层的差错控 制中，尤其在局域网中。 用在数据链路层的差错控 制中，尤其在局域网中。 5.2.6 超时机制和序号设置超时机制和序号设置 ?为了保证所传输的数据是有序的，并且是没有重复 的，需要给所传输的协议数据单元给出序号。 为了保证所传输的数据是有序的，并且是没有重复 的，需要给所传输的协议数据单元给出序号。 ?在进行网络协议设计时，序号作为协议数据单元中 的一个字段，一般设计为发送序号和
12、期望接收的序 号两个字段，序号字段占用一定的二进制位。 在进行网络协议设计时，序号作为协议数据单元中 的一个字段，一般设计为发送序号和期望接收的序 号两个字段，序号字段占用一定的二进制位。 ?计算机网络中传输的数据会出现丢失的情况，包括 传输数据丢失或应答数据丢失。 计算机网络中传输的数据会出现丢失的情况，包括 传输数据丢失或应答数据丢失。 ?在计算机网络中可以根据数据传输的往返延时在计算机网络中可以根据数据传输的往返延时RTT 等因素，预先估计一个时间间隔，设计出超时机 制， 等因素，预先估计一个时间间隔，设计出超时机 制， 5.3 基本的网络协议设计与分析基本的网络协议设计与分析 ?网络协
13、议设计的目的是实现网络中的可靠数 据传输 网络协议设计的目的是实现网络中的可靠数 据传输RDT（reliability data transfer）。）。 ?对网络协议的描述可以通过滑动窗口协议。对网络协议的描述可以通过滑动窗口协议。 ?也可以使用有限状态机方法，描述协议状态 的变化和跃迁。 也可以使用有限状态机方法，描述协议状态 的变化和跃迁。 5.3.1 滑动窗口协议描述滑动窗口协议描述 ?经常采用滑动窗口协议经常采用滑动窗口协议SWP（slide windows Protocol）描述协议的执行情况。）描述协议的执行情况。 ?其实真正意义上的滑动窗口在网络中是不存在的。其实真正意义上的滑
14、动窗口在网络中是不存在的。 ?采用滑动窗口可以比较形象的反映出网络中收、发 双方之间传输协议数据单元时的流量控制、序号变 化、以及协议机制的实现过程，给出直观清晰的图 示，使得网络协议的设计更加方便、更便于理解。 采用滑动窗口可以比较形象的反映出网络中收、发 双方之间传输协议数据单元时的流量控制、序号变 化、以及协议机制的实现过程，给出直观清晰的图 示，使得网络协议的设计更加方便、更便于理解。 ?滑动窗口可以采用等分的园表示，每一等分的园与 协议数据单元的序号对应，也可以采用水平的由带 序号的协议数据单元顺序排列的带状表示。 滑动窗口可以采用等分的园表示，每一等分的园与 协议数据单元的序号对应
15、，也可以采用水平的由带 序号的协议数据单元顺序排列的带状表示。 5.3.2 理想网络情况的协议理想网络情况的协议 ?在对网络协议进行设计时，采用的方法是先 从理想网络情况开始，假设数据在网络中： 在对网络协议进行设计时，采用的方法是先 从理想网络情况开始，假设数据在网络中： ?不会出现差错、不会丢失；不会出现差错、不会丢失； ?能够按序到达；能够按序到达； ?接收方完全来得及接收到达的数据，不用进行 流量控制； 接收方完全来得及接收到达的数据，不用进行 流量控制； ?也不用进行拥塞控制。也不用进行拥塞控制。 当然这种理想网络是不存在的，之所以如此假设，是想从最简单的网络协议 设计入手，再逐步增
16、加实际网络应用中会存在的、需要网络协议解决的问 题，最终设计出适用的网络协议。 5.3.3 停停-等协议等协议 ?停停-等（等（stop-wait）协议的基本思想是：）协议的基本思想是： ?在发送方每发送完一个协议数据单元后，就停止发送， 等待接收方的确认信息，并把所发送过的数据的副本保 留下来，若发送方从接收方收到的确认信息的肯定的， 例如 在发送方每发送完一个协议数据单元后，就停止发送， 等待接收方的确认信息，并把所发送过的数据的副本保 留下来，若发送方从接收方收到的确认信息的肯定的， 例如ACK，则发送方按顺序接着发送下一个协议数据单 元，若收到的反馈信息是否定的，例如 ，则发送方按顺序接着发送下一个协议数据单 元，若收到的反馈信息是否定的，例如NAK，则发送方 就重新发送上次发送过的协议数据单元。 ，则发送方 就重新发送上次发送过的协议数据单元。 ?停停-等协议符合数据双向交替（半双工）通信的模型。等协议符合数据双向交替（半双工）通信的模型。 数据丢失的处理数据丢失的处理 若发送方在超时以后没有收到对上次发送数据的确认信息，
