《网络故障诊断与实训 教学课件 ppt 作者 彭海深 主编第6章 传输层维护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络故障诊断与实训 教学课件 ppt 作者 彭海深 主编第6章 传输层维护（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、诊断与测试,网络故障,目 录,第一章 计算机网络体系结构概述,第五章 Windows 2000 Server网络操作系统,第六 章 传输层维护,前 言,第九章 无线网络的故障诊断,第六 章 传输层维护,本章学习目标,理解并可以描述OSI模型中传输层的功能 识别传输层的各组成部分 理解TCP/UDP、IPX/SPX等协议 了解传输层的故障现象并能排除故障,本章要点内容,传输层的功能 传输层的组件 传输层的故障诊断与排除,本章学前要求,了解OSI七层的模型 了解计算机网络基础知识,6.1 传输层的功能,.1.1 传输层概述 传输层也称为运输层，是介于低3层通信子网和高3层资源子网之间的一层，是OS
2、I模型的核心。从通信和信息处理的角度看，传输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。 如果没有传输层，那么互联网将遭到巨大的麻烦。复杂而经常变化的网络缺少了相应的安全机制，其中众多的事务将发生错误。为了避免或减少错误的发生，则必须由上层协议(如应用层或应用程序本身)完成流量控制和错误恢复工作。尽管传输协议并不能完全避免出现传输错误，但是这些协议对于在易于出错的网络(如因特网)上传输数据还是有效的。 传输层的最终目标是向它的用户（通常是应用层中的进程）提供高效的、可靠的和性价比合理的服务。为了实现这个目标，传输,6.1 传输层的功能,层需要充分利用
3、网络层提供给它的服务。在传输层内部，完成这项工作的硬件和软件称为传输实体。传输实体可能位于操作系统的内核，或者在一个独立的用户进程中，或者以一个链接库的形式被绑定到网络应用中，或者位于网络接口卡上。 由于有了传输层，应用开发人员可以根据一组标准的原语来编写代码，而且他们的程序有可能运行在各种各样的网络上，他们不用处理不同的子网接口，也不用担心不可靠的传输过程。如果所有实际的网络都是完美无缺的，并且具有相同的服务原语，也保证不会发生变化，那么传输层可能也就不再需要了。 然而，在现实世界中，传输层承担了将子网在技术上、设计上的各种缺陷与上层隔离的关键作用。由于这个原因，许多人习惯与将网络的层分成两
4、部分：第1层至第4层为一部分，第4层之上为另一部分。底下的4层可以被看作传输服务提供者，而上面的层则是传输服务用户。这种“提供者用户”的区分，对于层的设计有重要的影响，同时也把传输层放到了一个关键的位置上，因为它构成了可靠数据传输服务的提供者和用户之间的主要边界。传输层反映并扩展了网络层子系统的服务功能，并通过传输层地址提供给高层用户传输数据的通信端口，使系统间高层资源的共享不必考虑数据通信方面的问题。,6.1 传输层的功能,.1.传输层功能 1. 数据分段 将数据发送给网络层之前，传输层将数据分段。而在将数据上传给会话层或应用层之前，传输层也需要重新组合数据。当传输层接受来自OSI模型中的上
5、层所发送的数据时候，数据可能会太长以致不能被一次传输给网络层。这种情况下，正是传输层的功能将数据分解为更小的称为数据段的部分，然后将他们分别传送到网络层。每一个数据段都标记有一个序列号，所以，如果数据段到达目的地而顺序发生错乱，仍然可以利用此序列号将它们正确的组装起来。 2. 流量控制 传输层的另一个功能是流量控制，它可以防止目的地被大量的数据淹没，这种情况可能会导致数据包的丢失。传输层实现这一功能，是通过确立一个传送数据包的最大字节数。在达到此值之前，接收方必需提供对收到数据包的确认。TCP/IP协议中，这样一个最大字节数被称为窗口宽度。如果发送设备在发送了窗口宽度的字节之前，并没有回应，那
6、么，它将停止发送数据。如果在一定的特定时间间隔中，没有收到确认，发送方将从最后收到确认的地方开始，重新发送数据。,6.1 传输层的功能,3. 校验和的提供 校验和是一个基于数据段，在字节的基础上计算出来的16位的比特值。许多传输层提供了校验和来保证数据的完整性。传输层的校验和提供了与CRC类似的功能。必须注意的是，CRC并不是一个完美的机制，以保证数据在到达目的地的途中不发生崩溃。路由器与交换机可以用来发现崩溃了的数据，重新计算CRC，并将崩溃了的数据发送到应该送达的地方。由于CRC是在数据崩溃以后计算的，接受方将无法获知数据曾经崩溃过。中间设备对传输层中的校验和不做计算。因此，如果通路上发生
7、数据崩溃，最后接收方的工作站将检测出校验和错误并丢弃数据。校验和可应用于面向连接与无连接协议的传输层之中。 4. 对数据的辨认 传输层必须能够通知接收方的计算机包含在报文中的数据类型。这个信息保证了应用程序对数据的正确处理。 当一个计算机接受数据包时，数据从网络接口卡被接收，然后被发,6.1 传输层的功能,送到数据链路层，网络层，最后到达传输层。接着如何处理呢？最终，收到的数据必定到达一个应用程序。但是，计算机可能同时具有一个，两个，三个，甚至几十个的应用程序在等待数据。幸运的是，传输层的头提供了信息，决定收到的数据所应服务的应用程序。在TCPIP协议中，端口号被用来确认应到达的应用程序。 5
8、. 决定服务质量 网络中，服务质量(QoS)决定了数据传输的可靠性以及传输的性能级别。当一个应用程序传送数据时，在传输层上工作的协议将帮助确定业务质量。如果一个应用需要可靠的方式来传输数据，它将利用一个传输层的协议如TCP，来提供所要求的可靠性，不过通常有一些性能级别上的丧失。如果应用不需要高度的可靠性，可以使用可靠性稍差，但更倾向于提高效率的协议，如UDP。 6. 面向连接意味着可靠 数据需要经过不确定的环境进行传输，例如互联网，那么对,6.1 传输层的功能,于QoS的要求变得会特别强烈。需要可靠性的应用将利用这种传输层协议，它提供了一条端到端的虚电路，利用流量控制，确认，以及其他方式来保证
9、数据的传送。这样的协议被称为面向连接的协议。两个网络节点之间会话层或数据传输会话的建立，是传输层所提供的可靠性的个重要组成部分。 注意：虚电路与人们常用的电话交谈相类似。其中，会话(数据传送)只有在连接已经建立起来后才可以发生。呼叫者拨号，电话铃响，然后有人回应。被呼叫者相应后，呼叫者表明自己的身份，被呼叫者回应呼叫者，然后通话开始。 7. 面向无连接意味着不可靠性 并不是所有的应用程序都需要传输层来提供可靠的QoS。有一些应用程序主要在局域网中，而不是在巨大的互联网中运行。而可靠性，虽然很重要，却可以轻易地实现。在这些应用程序中，用来提供高可靠性的开销与复杂的传输系统既不必要也不需要。这种情
10、况下，应用程序将使用一个无连接的传输层协议。因为从网络带宽与处理的角度来说，它的开销较小。,6.1 传输层的功能,既然传输层的整个思想是向网络层提供一个可靠的上层，那么为什么会存在不可靠的传输层协议呢？要回答这个问题，首先要记住的是：对于面向连接的会话，传输层并不只是提供可靠性给网络层。它同时通过校验和来保护数据，并且向应用程序提供了有用的信息。因此，如果一个应用程序要求传输层协议，而希望避免面向连接的协议所需要的附加开销的话，这可能是因为可靠性并不是主要的问题，它就可以使用无连接协议。,6.2 传输层的组件,6.2.1 TCP协议 1 TCP概述 TCP（Transmission Contr
11、ol Protocol，传输控制协议）是专门为了在不可靠的互联网络上提供一个可靠的端到端字节流而设计的。互联网络与单个网络不同，因为互联网络的不同部分可能有截然不同的拓扑结构、带宽、延迟、分组大小和其他的参数。TCP的设计目标是能够动态的适应互联网络的这些特性，而且当面对多数失败的时候仍然足够健壮。 2 TCP报文段的结构 TCP协议能为应用程序提供可靠的通信连接，使一台计算机发出的字节流无差错地发往网络上的其他计算机，对可靠性要求高的数据通信系统往往使用TCP协议传输数据。 TCP报文段的格式如图所示。可以看出，一个TCP报文分为首部和数据两部分。TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面
12、有4N字节是可有可无的选项（N为整数）。因此TCP首部的最小长度是20个字节。首部提供了可靠服务所需的字段。,6.2 传输层的组件,0 8 16 24 31,图6-2 报文段的格式,6.2 传输层的组件,3. TCP端口号 要想获得TCP服务，发送方和接收方必须创建一种被称为套接字的端点。每个套接字有一个套接字号（地址），它是由主机的IP地址以及本地主机局部的一个16位数值组成的，此16位数值被称为端口。 TCP层用端口号来区别不同类型的应用程序。由于在TCP报文段结构中端口地址是16bit，所以端口号的域值范围是065535，除了0号端口是无效端口之外，其他的165535号端口的具体分类如下
13、： 公用端口：它的范围是从0到1023，它们定义在一些应用广泛的服务上。 注册端口：范围是从1024到49151。它们不确定地分配给一些应用服务。 私有端口：其范围是从49152到65535。理论上，不应为服务定义这些端口。 常用的TCP协议所使用的端口号如下表所示。,6.2 传输层的组件,4. TCP的连接管理 IP地址和端口被称作套接字，它代表一个TCP连接的一个连接端。为了获得TCP服务，必须在发送端主机的一个端口上和接收端主机的一个端口上建立连接。TCP连接用两个连接端来区别，也就是（连接端1，连接端2）。连接端互相发送数据包。,表6-1 TCP协议常用的端口号,6.2 传输层的组件,
14、一个TCP数据报包括一个TCP头，后面是选项和数据。一个TCP头包含6个标志位。它们的意义分别为： SYN: 标志位用来建立连接，让连接双方同步序列号。如果SYN1而ACK=0，则表示该数据包为连接请求，如果SYN=1而ACK=1 则表示接受连接。 FIN: 表示发送端已经没有数据要求传输了，希望释放连接。 RST: 用来复位一个连接。RST标志置位的数据包称为复位包。 一般情况下，如果TCP收到的一个分段明显不是属于该主机上的任何 一个连接，则向远端发送一个复位包。 URG: 为紧急数据标志。如果它为1，表示本数据包中包含紧急数据。此时紧急数据指针有效。 ACK: 为确认标志位。如果为1，表
15、示包中的确认号时有效的。否则，包中的确认号无效。 PSH: 如果置位，接收端应尽快把数据传送给应用层。 TCP是一个面向连接的可靠传输协议。面向连接表示两个应用端在利用TCP传送数据前必须先建立TCP连接。 TCP的可靠性通过校,6.2 传输层的组件,验和，定时器，数据序号和应答来提供。通过给每个发送的字节分配一个序号，接收端接收到数据后发送应答，TCP协议保证了数据的可靠传输。数据序号用来保证数据的顺序，剔除重复的数据。在一个TCP会话中，有两个数据流（每个连接端从另外一端接收数据，同时向对方发送数据），因此在建立连接时，必须要为每一个数据流分配ISN（初始序号）。为了了解实现过程，我们假设
16、客户端C希望跟服务器端S建立连接，然后分析连接建立的过程（通常称作三阶段握手）：,图6-3 TCP协议三次握手,6.2 传输层的组件,6.2.2 UDP协议 1. UDP协议概述 Internet协议簇支持一个无连接的传输协议：UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。UDP为应用程序提供了一种方法来发送经过封装的IP数据报，而且不必建立连接就可以发送这些IP数据报。用户数据报协议UDP只是在IP数据报服务之上增加了一点功能，这就是端口功能。 2. UDP报文段的结构 用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只有8个字节，由4个字段组成，每个字段都是两个字节。各字段意义如下： 源端口字段 源端口号 目的端口字段 目的端口号 长度字段 UDP数据报的长度 校验和字段 防止UDP数据报在传输中出错,6.2 传输层的组件,UDP数据报首部中校验和的计算方法有些特殊。在计算校验和
