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1、第三章 传输层主要协议,本课内容,概述,一、传输层的引入 传输层是整个网络体系结构中的关键部分，它实现两个用户进程之间端到端的可靠通信。 就通信功能来说，传输层是提供通信服务的最高层，提供了比IP层质量更高的服务。 从另一个角度看，传输层又是用户功能中的最低层，也是最基本的一层。,概述,二、传输层功能,(1) 按端口号寻址(进程识别) (2) 分割与重组数据(数据处理) (3) 差错控制和流量控制(服务质量) (4) 连接管理,传输层的作用和数据链路层有相似之处。数据链路层负责点到点之间的数据通信，传输层负责扩大了的点到点之间的通信，即端到端之间的通信。但两者又有很大的区别：对数据链路层来说，
2、点与点之间的信道是一条物理链路，而对传输层来说，端与端之间的信道是一通信子网。由于报文在通讯子网中传输时可能会丢失、重组、阻塞或产生较大存储延时，故传输层协议比数据链路层协议复杂得多。,概述,三、TCP/IP体系中传输层,TCP/IP的运输层有两个不同的协议： (1) 用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol),UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的传输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。 UDP 不提供可靠交付，UDP 传送的数据单位是 UDP 报文或用户
3、数据报。 TCP 提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的传输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。TCP 传送的数据单位是 TCP 报文段(segment),本课内容,TCP协议,TCP是面向连接的协议，可以在各种网络之间建立全双工的虚电路连接，实现无乱序、无丢失和无重复的数据传输，它采取了三次握手、两次确认的有效技术，做到了非常可靠。,1.可靠性： 防丢失：确认与重传； 防重复：报文段序号； 2.传输效率、流量控制：滑动窗口机制； 3.拥塞控制：加速递减与慢启动技术； 4.建立连接
4、：三次握手协议； 5.关闭连接：改进的三次握手协议。,要实现可靠的数据流传输服务， 必须解决哪几个问题？,可靠性 1. 防丢失 带重传的肯定确认技术, 接收方收到数据后向源站发确认（ACK）； 设置定时器，源站在限定时间内未收到ACK，则重发。,接收确认,发送分组,接收分组 发送确认,接收确认 发送分组,接收分组 发送确认,超时重传,两个问题: 如何对待重复的数据？ 定时器时限设置多长？,2. 防重复 可捎带的累计确认技术 为每一分组赋予序号。 确认时也指明确认哪个分组。 序号同时保证了分组间的正确顺序。,3. RTT与重传定时器,问题：超时重传，如何设置定时器的时限？ 两个概念： RTT：往
5、返时间，报文段发出到收到确认信息间的时间段。 自适应重传算法：监视每个连接的性能，由此推算出合适的定时时限。当连接的性能变化时，随时修改定时时限。 重传定时时限的计算方法： 早期的方法 改进的方法 Karn算法和定时器补偿,传输效率和流量控制 - 滑动窗口机制 1.一般的滑动窗口机制 思想：允许发送方不必等确认到来就可继续发送下面的分组，但规定一个上限。若多个分组的确认未到时，则暂停发送。,已发并 得到确认,不能发送,已发未 得到确认,未发但 可以发,2. TCP的滑动窗口技术,(1)数据流的各字节被编上序号。 (2) TCP的滑动窗口按字节操作而不是按报文段或分组操作。 (3) TCP窗口大
6、小为字节数。最大为65535字节。 (4)通信双方都设有发送和接收缓冲区（相当于发送窗口和接收窗口）。默认大小各系统有差异，如4096、8192、16384等。发送缓冲区大小为默认窗口大小。,已发并 得到确认,不能发送,已发未 得到确认,未发但 可以发,(5) TCP连接两端各有两个窗口（发送窗口和接收窗口）,3. TCP端到端流量控制 - 窗口大小可变技术 时机：目的主机缓冲区变小而不能接收源主机更多的数据时，就要进行流量控制。 TCP技术：可随时改变窗口大小。目的主机在确认时，还向源主机告知目的主机接收缓冲区的大小。,101 200 201 320 321399,拥塞：交换节点（如路由器）
7、数据报负载过重的现象 TCP拥塞控制的必要性：在TCP层，拥塞造成时延增加，这又会造成超时重传，控制不当会进一步加重拥塞。 1. 拥塞控制技术： 拥塞窗口cwnd 加速递减技术 慢启动技术,TCP拥塞控制技术,拥塞控制技术： 拥塞窗口cwnd 每个连接都有一个拥塞窗口，该窗口大小以字节为单位，但是增加和减少以MSS为单位； 初始大小：1个MSS； 临界值：64KB 慢启动技术 指数递增：每次成功发送1个MSS长度的报文段，则发送方拥塞窗口加倍； 线性递增：增长到临界值后，每次增加1个MSS 发送窗口 = min (接收方窗口通告，cwnd) 加速递减技术 指数级递减：出现超时重传时，将临界值设
8、为当前拥塞窗口的1/2，拥塞窗口恢复为1个MSS大小； 指数退避：对保留在发送窗口中的报文段，将重传时限加倍 。,TCP协议,图 TCP的拥塞控制算法,概述,1.可靠性： 防丢失：确认与重传； 防重复：报文段序号； 2.传输效率、流量控制：滑动窗口机制； 3.拥塞控制：加速递减与慢启动技术； 4.建立连接：三次握手协议； 5.关闭连接：改进的三次握手协议。,要实现可靠的数据流传输服务， 必须解决哪几个问题？,TCP协议,TCP协议,带有确认,建立连接,异常关闭连接,正常关闭连接,强迫数据发送:为提高网络利用率，用缓冲区积累数据，也有副作用。 有些数据要及时发送，TCP提供了强迫发送。 紧急数据
9、处理：源站有些数据要及时发送并处理，TCP提供了“紧急 模式”，通过“URG”+“紧急指针”。,TCP协议,1、TCP连接的建立 TCP连接的建立基于客户机/服务器模式，使用三次握手建立。,SEQ：发送序号 REQ(AN)：确认序号 SYN：同步标志，建立连接；1bit FIN：发送任务完成标志；1bit ACK：确认序号有效标志；1bit,TCP协议,2、TCP连接的正常关闭,概述,1.可靠性： 防丢失：确认与重传； 防重复：报文段序号； 2.传输效率、流量控制：滑动窗口机制； 3.拥塞控制：加速递减与慢启动技术； 4.建立连接：三次握手协议； 5.关闭连接：改进的三次握手协议。,要实现可靠
10、的数据流传输服务， 必须解决哪几个问题？,本课内容,UDP协议,一、UDP概述 UDP提供了应用进程间传输数据的机制，在IP数据报服务功能之上提供了复用和分用的功能以及差错检查的功能。具有以下特点： （1）无连接 （2）不可靠 （3）面向报文 （4）没有拥塞控制 （5）支持一对一、一对多、多对一 （6）首部开销小 适用于实时应用（IP电话、视频会议），允许丢失一些数据，但不允许有太大时延的情况。,UDP协议,二、UDP报文,1、报文格式 UDP报文称为用户数据报（User Datagram） 首部8字节。,UDP协议,2、报文封装与拆封,UDP协议,3、最大用户数据报,理论上：65535 20
11、 8 = 65507 实际实现：例子(最大IP数据报长度)： SunOS 4.1.3 环回测试 :32767 BSD/386 - SunOS 4.1.3 :32786 Solaris 2.2 环回测试:65507 结论:最大报文长度与源端和目的端实现有关 。,UDP协议,4、UDP复用与分用,在源主机上，为了让多个用户进程能够同时与目标主机上的应用进程进行通信，UDP通过端口机制对应用层的多个用户数据进行复用，然后传给网络层进行传送。,在目标主机上，UDP可以对网络层传上来的数据根据端口分配给相应的应用进程使用。 源主机上的UDP协议处理多个应用进程的用户数据报的过程称为UDP复用。 目的主机
12、根据接收的每个应用进程的端口号分别处理用户数据报的过程称为UDP分用。,UDP协议,5、UDP端口号的使用,基于客户机/服务器的端口号的使用 服务器：端口号必须公开，以便客户端访问 客户端：两种使用方式 （1）由应用程序开发者指定 （2）由操作系统随机分配,习题,习题,作业,1. 在TCP/IP模型的传输层有那两个协议？各自的功能是什么？ 2. 在TCP协议中如何实现数据的可靠传输？ 3. 在TCP协议中如何实现流量控制和拥塞控制？,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.1720.9.17Thursday, September 17, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的
13、人谈话。17:42:1417:42:1417:429/17/2020 5:42:14 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.1717:42:1417:42Sep-2017-Sep-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。17:42:1417:42:1417:42Thursday, September 17, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.1720.9.1717:42:1417:42:14September 17, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年9月17日星期四下午5时42分14秒17:42:1420
14、.9.17 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年9月下午5时42分20.9.1717:42September 17, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月17日星期四5时42分14秒17:42:1417 September 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午5时42分14秒下午5时42分17:42:1420.9.17 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。9/17/2020 5:42:14 PM17:42:142020/9/17 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。9/17/2020 5:42 PM9/17/2020 5:42 PM20.9.1720.9.17 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。17-Sep-2017 September 202020.9.17 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Thursday, September 17, 202017-Sep-2020.9.17 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.9.1717:42:1417 September 202017:42,谢谢大家,
