《高传善全套配套课件计算机网络教程 第7章 运输层 1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高传善全套配套课件计算机网络教程 第7章 运输层 1（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 计算机网络教程 电子教案 第七章 运输层 服务质量与运输协议 2 主要内容 运输服务和服务质量 7 1 运输实体 运输层提供的服务 服务质量 服务原语 运输协议机制 7 2 寻址 重传策略和重复检测 连接建立和连接释放 流量控制和缓冲策略 多路复用 崩溃恢复 3 运输实体 运输层的目的是向运输用户提供端到端的可靠 经济的数据传送服务 服务是通过运输实体来提供的 用户使用运输服务原语 如Unix的Socket或Windows的Winsock 访问服务 运输服务 提供者 运输服务 用户 4 运输层提供的服务 为什么需要运输服务 用户不能对通信子网加以控制 因而无法采用更优的通 信处理机制来解决网
2、络层服务质量低劣的问题 更不能 通过改进数据链路层纠错能力来改善它 解决这一问题 的唯一可能办法就是在网络层之上增加一层运输层 运输层的存在使运输服务比网络服务更可靠 分组的丢 失 残缺甚至网络复位都可以被运输层检测到 并采取 相应的补救措施 运输服务独立于网络服务 可以采用一个标准的原语集 作为运输服务 而网络服务则取决于不同的网络可能有 很大的不同 因此 运输层的存在可以提供更高质量的信息传输能力 和更好使用运输服务的接口标准 运输层提供两种类型的服务 面向连接和无连接 的运输服务 5 服务质量 运输层弥补了网络层的服务质量的缺陷 运输服 务质量 QoS 衡量了运输层的总体性能 QoS参数
3、 连接建立延迟 连接建立失败概率 吞吐量 传输延迟 残留差错率 保护性 优先权 回弹率 6 服务质量 通过QoS协商 源端和目的端的运输用户间达成 一致 7 服务原语 抽象的运输服务原语 阶段服务原语参数 连 接 建 立 建 立 连 接 T Connect Req被呼地址 主呼地址 选项 服务质量 TS用户 数据 T Connect Ind被呼地址 主呼地址 选项 服务质量 TS用户 数据 T Connect Rsp响应地址 选项 服务质量 TS用户数据 T Connect Cnf响应地址 选项 服务质量 TS用户数据 数 据 传 输 常 规 数 据 T Data ReqTS用户数据 T Da
4、ta IndTS用户数据 加 速 数 据 T Expedited Data ReqTS用户数据 T Expedited Data IndTS用户数据 连 接 释 放 释 放 连 接 T Disconnect ReqTS用户数据 T Disconnect Ind连接释放原因 TS用户数据 8 主要内容 运输服务和服务质量 7 1 运输实体 运输层提供的服务 服务质量 服务原语 运输协议机制 7 2 寻址 重传策略和重复检测 连接建立和连接释放 流量控制和缓冲策略 多路复用 崩溃恢复 9 运输协议机制 为了满足运输服务要求 运输协议必须解 决诸如差错控制 分组顺序 流量控制及其 它问题 运输层中两
5、个端点间是子网 子网的多址能力 连接的复杂性 分组的存储能力等都决定运 输协议解决这些问题要比数据链路层复杂得多 运输协议有关机制 寻址 连接建立 连接释 放 流量控制 缓冲策略 重传策略 重复检 测 多路复用 崩溃恢复等 10 寻址 运输协议寻址方法 运输服务访问点TSAP Transport Service Access Point 如TCP端口号 11 重传策略和重复检测 运输协议保障可靠运输服务的一个简单而 有效的方法是重传 即发送运输实体在设定 的时间内没有收到接收运输实体已正确收到 的确认后重发原来的TPDU 重传会导致接收者可能会收到重复或失序 的TPDU 因此需要进行重复检测
6、12 重传策略 TPDU出错或丢失 都会导致发送方重传 通常使用回退N 选择重传 重传计时器 计时器值固定 如果值太大 则反应变得很慢 如果太小 那么 一旦遇到网络拥挤 会导致很多重传 这反 过来更加重了网络拥挤 13 重传策略 计时器基于观察值动态调整 假如运输实体记录每个 DT TPDU的时间和收到相应AK TPDU的时间 即可得到 每个DT TPDU的往返时间 可把这个计时器置成这个往 返时间的平均值 或稍大一点 但这个值并不可信 因为 对等运输实体可能不马上对DT TPDU确认 它可以一次确认多 个DT TPDU 或由于后述的流控原因而不发AK TPDU 若一个DT TPDU重传 那么
7、发送运输实体并不知道收到的AK TPDU是最初发送的DT TPDU的确认还是重传的DT TPDU的确 认 网络状况可能突然发生变化 如特别拥挤或负载很轻 14 重复检测 可能产生重复的情况 数据报服务可能产生重复 确认丢失 重发TPDU TPDU延迟变长 计时器超时 重发DT TPDU 通常用序号来标识TPDU 以识别重复的TPDU 15 重复检测 在连接释放前收到重复TPDU 需重点考虑以下问 题 可能会产生重复的确认 序号空间必须足够大 以防止在TPDU生存期内发生循 环 16 重复检测 在连接释放后收到重复TPDU 则必须解决前后连 接的序号覆盖问题 可用如下方法 序号跨越连接 使用连接
8、标识符 缺陷 运输实体必须记忆这些历史信息 当系统 崩溃时可能就无法知道序号或连接标识符 另一个较好的方法是引入TPDU生存期 每个 TPDU在通信子网中停留时间不能超过生存期 这 需要确保TPDU不会在网络中永存 可用下述技术 之一 受限制的子网设计 每个TPDU设置一个站计数器 每个TPDU加上时间信息 17 连接建立 连接建立的主要目的 使每一端知道另一端是否存在 进行选项协商 如 协议类 窗口大小 服务质量等 为运输实体分配资源 如 缓冲区 连接表项等 两次握手 Two Way Handshake 的连接建立过程 18 连接建立 两次握手建立连接可能产生问题 19 连接建立 解决这些问
9、题可用三次握手 Three Way Handshake 方法 运输实体A运输实体B CR X CC Y X DT X Y a 正常 旧的 CR X CC Y X REJ Y b CR延迟 A发起连接建立 B 接受 A 确认并发数据 旧的CR X 到达B B接受 A拒绝B的连接 CR X 旧的CC Z W REJ Z CC Y X DT X Y c CC延迟 旧的CR X 旧的DT X W CC Y X REJ Y d CR DT 延迟 A发起连接建立 旧的CC到达A A拒绝该CC B接受 A接受正常的CC并发数据 旧的CR到达B B接受 旧的DT到达B A拒绝 运输实体A运输实体B 20 连接
10、建立 在正常情况下 CR TPDU包括发送序号 CC TPDU包 括发送序号和对CR中序号的确认 发起方则以第一个 DT TPDU作为对CC TPDU的确认 如图 a 所示 图 b 是CR TPDU被延迟的情况 这个CR TPDU在A不 知道的情况下到达B B向A发出CC TPDU作为应答 A在检查序号时发现这是由于延迟引起的 当然拒绝 连接建立 B就会知道这次连接建立不成功 图 c 是CC TPDU被延迟的情况 由于使用序号 这个 CC TPDU不会影响A 最坏的情况是CR和对CC TPDU确认都被延迟 如图 d 所示 同样 由于使用了序号 A和B都不会对它 们作出接受的确认 21 连接释放
11、 简单的连接释放过程 出现半连通状态 重复的和丢失的DR DC TPDU 两军问题 22 连接释放 解决这些问题也用三次握手方法 23 连接释放 图 a 是正常的三次握手释放连接过程 没有出现TPDU丢 失现象 计时器在超时前也正确收到了所需要的TPDU 图 b 表现了最后一个ACK TPDU丢失的情况 此时ACK的 接收者需要用计时器来补救 超时后 那个方向的连接被 强行释放 图 c 表现了第一个DC丢失时 通过重发的DR来重启三次 握手释放连接过程并成功完成 图 d 是一个比较 倒霉 的情况 第一个DC和后面重复的 DR都丢失了 最后双方都只能靠计时器来强行释放连接 更坏的情况 如果第一个
12、DR就丢失了 后面会出现什么结果 24 流量控制和缓冲策略 流量控制在多个协议层上都存在 但运输协议在源 端和目的端间进行的流量控制是最直接和有效的 有两种类型的流量控制 层内流控 对等流控 同一层内的实体之间的流量控制 层间流控 不同层实体之间的流控 25 流量控制和缓冲策略 对等流控的目的是为了限制数据 在运输层是TPDU 的发送速度 因为 接收方用户可能跟不上数据流 接收方运输实体可能跟不上TPDU流 有多种方案实现对等流控 接收运输实体什么都不做 用网络服务来完成这项工作 使用滑动窗口机制 信用量方案 26 流量控制和缓冲策略 信用量方案基本组成部分有 发送窗口与接收窗口 每个窗口又有
13、上缘和下缘 对发送窗口 建立连接后 下缘置为0 上缘是对等运输 实体给出的信用量 发送一个TPDU后 下缘加1 上缘通 过AK TPDU调整 上缘和下缘之间的差即是可发送的 TPDU数 当上缘和下缘重合时不能发送TPDU 对接收窗口 初始时下缘置为0 确认后作调整 上缘是 对等实体的信用量 上缘和下缘之差表示可接收的TPDU 数 发信用量后调整 27 流量控制和缓冲策略 信用量方案 例 28 流量控制和缓冲策略 信用量方案控制分析 假设 AK N CREDIT M 表 示一个AK TPDU确认了N 及以前的 DT TPDU 并 且给出新的信用量值M 允许发送运输实体发送N 1 到N M的DT
14、TPDU 这种机制是很有力的 为了把信用量增加或减少到X B可以发出 AK N CREDIT X 为了确认一个新的DT TPDU 不改变原来的信用量 B可 以发出 AK N 1 CREDIT M 1 为了确认一个新的DT TPDU 把信用量增加或减少到X B 可以发出 AK N 1 CREDIT X 为了确认Y个新的DT TPDU 把信用量增加或减少到X B 可以发出 AK N Y CREDIT X 死锁问题 29 多路复用 网络通信在各协议层上都存在多路复用 有关运输层的多路 复用 对于运输协议和运输服务用户 多个用户使用同一个运输协议和运输实体 它们通过TSAP加以区分 对于网络服务 多条
15、运输连接复用一条网络连接 向上复用 复用 解复用 一条运输连接可以使用多条网络连接 向下复用 分流 合流 30 崩溃恢复 当系统发生崩溃而又重新启动后 由于已丢失一切 信息 使得已建立的连接形成半开通状态 因为连 接的另一方并不知道这种情况 而且崩溃的系统无 法告诉另一方 清除半开通连接的一种简单方法 引入一个计时器 在一定的时间内若没有收到TPDU 就 发送一个 伪 TPDU 也称为探测TPDU 等待确认 目 的是让对等运输实体知道自己是活动的 同时探测对方的 活动性 一旦由于某种原因而使一方处于不活动状态 另 一方就会收不到确认 连续若干次收不到确认即自动释放 连接 并向用户发出T DISCONNECT指示 31 习题 7 2 7 6 7 7 7 9
