计算机网络 教学课件 ppt 作者 肖锋 马玉春CH8 传输层

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1、计算机网络,第 8 章 传输层,第 8 章 传输层,8.1传输层功能概述 8.1.1 传输层的基本功能 8.1.2 传输层的作用与地位 8.1.3 网络服务与服务质量 8.2 TCP协议 8.2.1 TCP 分段的格式 8.2.2端口和套接字 8.2.3 TCP 的连接建立和拆除 8.2.4 TCP 可靠数据传输技术 8.2.5 TCP 流量控制 8.3 UDP协议 8.3.1 UDP 概述 8.3.2 UDP 数据报的首部格式 8.3.3UDP的工作过程,8.1传输层功能概述,传输层是OSI 参考模型的第4 层，它为上一层提供了端到端（end to end）的可靠的信息传递。 物理层可以使我

2、们在各链路上透明地传输比特流。 数据链路层则增强了物理层所提供的服务，它使得相邻结点所构成的链路能够传输无差错的帧。 网络层在数据链路层的基础上，提供路由选择、网络互联的功能。 对于用户进程来说，希望得到的是端到端的服务（如主机A 到主机B 的FTP），传输层就是建立应用间的端到端连接，并且为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务。,传输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信,5 4 3 2 1,传输层提供应用进程间的逻辑通信,主机 A,主机 B,应用进程,应用进程,路由器 1,路由器 2,AP1,LAN2,WAN,AP2,AP3,AP4,IP 层,LAN1,AP1,AP2,AP4,端口,端口,5

3、4 3 2 1,IP 协议的作用范围,传输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围,AP3,传输层协议和网络层协议的主要区别,应用进程,应用进程,IP 协议的作用范围 （提供主机之间的逻辑通信）,TCP 和 UDP 协议的作用范围 （提供进程之间的逻辑通信）,因 特 网,8.1.1 传输层的基本功能,连接管理 定义了允许两个用户像直接连接一样开始交谈的规则。通常把连接的定义和建立的过程称为握手。传输层要建立、维持和终止一个会话，传输层与其对等系统建立面向连接的会话。 在数据传输开始时，发送方和接收方的应用都要通知各自的操作系统初始化一个连接，一台主机发起的连接必须被另一台主机接收才行。当所有的同

4、步操作完成之后，一个连接就建立了，数据传输也就开始了，在传输的过程中，两台主机还需要继续通过协议软件来通信以验证数据是否被正确接收。数据传输完成后，发送端主机发送一个标识数据传输结束的指示。接收端主机在数据传输完成后确认数据传输结束，连接终止。,传输层的基本功能（续）,流量控制 以网络普遍接受的速度发送数据，从而防止网络拥塞造成数据报的丢失。传输层独立于低层而运行。传输层和数据链路层的流量控制区别在于：传输层定义了端到端用户之间的流量控制，数据链路层定义了两个中间的相邻结点的流量控制。 差错检测 数据链路层的差错检测功能提供了可靠的链路传输，但无法保证源点和目的之间的传输完全无错，比如网络中的

5、路由器收到了完整无缺的IP分组，但是在将含有分组的帧重新格式化的过程中出现了影响分组内容的错误。这种错误可能是由于软件或硬件问题导致路由器在进行分组期间引起的，也就是说并不是由于物理链路在进行数据传输的过程中产生的差错，因此数据链路层的差错检测功能无法通过校验和识别出差错。传输层的差错检测机制会检测到这种类型的错误。,传输层的基本功能（续）,对用户请求的响应 包括对发送和接收数据请求的响应，以及特定请求的响应，如用户可能要求高吞吐率、低延迟或可靠的服务。 建立无连接或面向连接的通信 TCP/IP 协议的TCP 提供面向连接的传输层服务，UDP 则提供无连接的传输层服务。,传输层与其上下层之间的

6、关系的 OSI 表示法,运输实体,运输实体,运输协议,运输层,层接口,运输服务用户 （应用层实体）,运输服务用户 （应用层实体）,层接口,网络层 （或网际层）,应用层,主机 A,主机 B,运输层服务访问点 TSAP,网络层服务访问点 NSAP,？,应 用 层,运 输 层,发 送 进 程,接 收 进 程,接 收 进 程,数据,数据,全双工可靠信道,数据,数据,使用 TCP 协议,使用 UDP 协议,不可靠信道,发 送 进 程,传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道,传输层的新概念与新机制,网络进程标识 在单机上，为了区别不同的进程，采用进程标识或进程号（Process ID）来唯一地标识进程

7、。但是在网络环境中，这种由主机各自独立分配的进程号已经不能明确地标识进程了。在网络环境中，完整的进程标识需要这样的一种形式：源主机地址+源进程标识，目标主机地址+目标进程标识。 传输层提供了一系列实现端到端进程之间的可靠数据传输所必需的机制。 包括面向连接服务的建立机制，即能够为高层数据的传输建立、维护与拆除传输连接，以实现透明的、可靠的端到端的传输；端到端的错误恢复与流量控制，以能对网络层出现的丢包、乱序或重复等问题作出反应。,传输层的新概念与新机制（续）,提供分段功能 当上层的协议数据包的长度超过网络层所能承载的最大数据传输单元时，传输层还要提供必要的分段功能，从而在接收方的对等层还要提供

8、合并分段的功能。 提供多路复用机制 如果网络层提供的是面向连接的服务，则传输层应该既能够将一个高层应用复用到多个网络层连接上，又能够将多个高层应用复用到一个网络层连接上。,传输层的新概念与新机制（续）,传输层通过扩展网络层服务功能，并通过传输层与高层之间的服务接口向高层提供了端到端结点之间的可靠数据传输，从而使系统之间实现高层资源的共享时不必再考虑数据通信方面的问题。 传输层中完成相应功能的硬件与（或）软件被称为传输实体，其可能位于在操作系统内核中、用户进程内、网络应用程序库中或网络接口卡上。 在一个系统中，传输实体通过网络服务与其他对等的传输实体通信，进而向传输层用户（可以是应用进程，也可以

9、是会话层协议）提供传输服务。,8.1.2 传输层的作用与地位,传输层（又称运输层）在TCP/IP模型中位于互连网络层之上，它的功能是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话（和OSI的传输层一样），该层定义了两个端到端的协议。 从网络传输质量的角度，网络层虽然提供了从源网络到目标网络通信服务，但是其所提供的服务有可靠与不可靠之分，需要在网络层之上增加一个层次来弥补网络层所提供的服务质量的不足，以便为高层提供可靠的端到端通信。 从通信子网的角度看，作为资源子网中的终端用户是不可能对通信子网内部加以直接控制的，即不可能通过更换性能更好的路由器或增强数据链路层的纠错能力来提高网络层的服务质量，只能

10、依靠在自己主机上所增加的这个传输层来检测分组的丢失或数据的残缺并采取相应的补救措施。传输层起到承上启下的不可或缺的作用，从而被看成整个分层体系的核心。,传输层的作用与地位（续）,只有资源子网中的端设备才会具有传输层，通信子网中的设备一般至多只具备OSI 下面3 层的功能即通信功能。根据上述原因，通常又将OSI 模型中的下面3层称为面向通信子网的层，而将传输层及以上的各层称为面向资源子网或主机的层。 另一种划分是将传输层及以下的各层统称为面向数据通信的层，而将传输层之上的会话层、表示层及应用层这些不包含任何数据传输功能的层统称为面向应用的层。,传输层的作用与地位（续）,面向应用,面向通信,面向主

11、机或资源子网,面向通信子网,传输层在OSI 模型中的地位,8.1.3 网络服务与服务质量,服务描述了计算机网络体系结构中相邻层之间的关系。在计算机网络层次结构中，N层总是利用N-1层所提供的服务，向N+1层提供更加完善和更高质量的服务。N层是服务的提供者，N+1层是服务的用户。 例如，数据链路层利用了物理层所提供的原始比特流服务，向网络层提供了相邻结点间的可靠数据传输服务。 在网络层次结构的每一层上都有服务质量的问题。例如，在物理层，提供的原始比特流传输有速度高低、误码率高低之分；在数据链路层，所提供的相邻结点间的帧传输服务有面向连接与面向无连接之分；在网络层，源到目标的分组传输根据通信子网的

12、不同被分成了虚电路与数据报服务；在IP数据报中，我们还通过报头中的ToS字段提供了不同类型与优先级的数据报传输服务。在计算机网络中，我们通常将这种服务质量简称为QoS（Quality of Service）。,网络服务与服务质量（续）,为什么到了传输层才将QoS明确地提出来呢？,传输层是OSI模型中面向通信的最高层，在它上面的各层都是 面向应用的层，因此在传输层衡量网络通信提供给高层应用的服务质量是最为恰当的。 尽管传输层所提供的很多QoS指标是由通信子网的服务和服务 质量所决定的，但传输层还是可以通过许多机制来改善网络服务的可靠性。,衡量传输层服务质量的参数,连接建立延迟：从传输服务用户要求

13、建立连接到收到连接确认之间所经历的时间；它包括了远端传输实体的处理延迟；连接建立延迟越短，服务质量越好。 连接建立失败的概率：在最大连接建立延迟时间内，连接未能建立的可能性；由于网络拥塞，缺少缓冲区或其他原因造成的失败 吞吐率：在某个时间间隔内测得的每秒钟传输的用户数据的字节数；每个传输方向分别用各自的吞吐率来衡量。 传输延迟：传输延迟是指从源主机传输用户发送报文开始到目的主机传输用户接收到报文为止的时间；每个方向的传输延迟是不同的。,衡量传输层服务质量的参数（续）,残余误码率：残余误码率用于测量丢失或乱序的报文数占整个发送的报文数的百分比；理论上残余误码率应为零，实际上它可能是一较小的值。

14、安全保护：安全保护为传输用户提供了传输层的保护，以防止未经授权的第三方读取或修改数据。 优先级：为传输用户提供用以表明哪些连接更为重要的方法；当发生拥塞事件时，确保高优先级的连接先获得服务。 恢复功能：当出现内部问题或拥塞情况下，传输层本身自发终止连接的可能性。,衡量传输层服务质量的参数（续）,传输层提供的服务也有面向连接与面向无连接之分。对于面向连接的服务，用户可以在连接建立阶段，就各种服务参数指定希望得到的级别和可以接受的最低限度，并就此与目标主机进行必要的协商。 不是所有的传输层连接都要求提供上述所有的服务参数，决定于传输层用户的具体需求。 当用户指定相应的服务参数，而传输层通过检查服务

15、质量参数发现自己不能达到用户所希望的质量参数时，可以采用两种方式： 决定不与目标主机建立传输连接，并直接通知传输用户连接请求失败 降低要求，然后再请求建立连接。,8.2 TCP协议,端口,发送 TCP 报文段,TCP,TCP,接收缓存,发送缓存,报文段,报文段,报文段,端口,发送端,接收端,向发送缓存 写入数据块,从接收缓存 读取数据块,应用进程,应用进程,TCP 首部,20 字节的 固定首部,目 的 端 口,报头 长度,检 验 和,任 选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 列 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,32 bit,比特 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,编 码 位,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,报头 长度,检 验 和,任 选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 列 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,编 码 位,比特 0 8