網(wǎng)絡(luò)通信與OSI_8

1、1 第八章 傳輸層n傳輸層的一般概念nTCPnUDP28.1.1 傳輸層概述傳輸層概述 應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層物理層 網(wǎng)絡(luò)功能用戶功能傳輸層的位置 38.1.2 提供給高層的服務(wù)提供給高層的服務(wù) 最終目標(biāo):利用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)向其用戶（一般是應(yīng)用層的進(jìn)程），提供有效、可靠且價(jià)格合理的服務(wù)。主要任務(wù)：在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)上，從源端機(jī)到目的端機(jī)提供可靠的、價(jià)格合理的數(shù)據(jù)傳輸，使高層服務(wù)用戶在相互通信時(shí)不必關(guān)心通信子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，即與所使用的網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。4傳輸層Qosn連接建立遲延n連接建立失敗概率n吞吐量n傳輸遲延n傳輸失敗概率n釋放遲延n釋放失敗概率n連接優(yōu)先權(quán)n連接修復(fù)能力5服務(wù)類型nA型

2、網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 具有可接受的差錯(cuò)率和故障告知率；nB型網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 具有可接受的差錯(cuò)率和不可接受故障告知率；nC型網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 不具有可接受的差錯(cuò)率和故障告知率；6傳輸協(xié)議等級n0類型（TP0）：簡單類n1類型（TP1）：基本差錯(cuò)修復(fù)類n2類型（TP2）：復(fù)用類n3類型（TP3）：差錯(cuò)修復(fù)和復(fù)用類n4類型（TP4）：差錯(cuò)檢測、修復(fù)和復(fù)用類 78.1.2 提供給高層的服務(wù)提供給高層的服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2AP1AP2AP3AP4多進(jìn)程通信情況 88.1.2 提供給高層的服務(wù)提供給高層的服務(wù) 應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過程 應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理介質(zhì)物理介質(zhì)物理介質(zhì)AP

3、1AP3端到端通信通信子網(wǎng)98.1.2 提供給高層的服務(wù)提供給高層的服務(wù) 在物理層上可以透明地傳輸數(shù)據(jù)的比特流；在數(shù)據(jù)鏈路層上使得各條鏈路能傳送無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀按順序、無丟失、不重復(fù)）；在網(wǎng)絡(luò)層上提供了路由選擇和網(wǎng)絡(luò)互連的功能，使得主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)段能夠按照合理的路由到達(dá)主機(jī)B。服務(wù)的質(zhì)量是否滿足?再次優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)!服務(wù)與協(xié)議的關(guān)系!10傳輸層獨(dú)特問題n端到端差錯(cuò)控制 解決網(wǎng)絡(luò)層以下不能解決的差錯(cuò)控制；n端到端傳輸連接管理 “三次握手方式”與流水線類似n傳輸層超時(shí)和擁塞控制nnnWW)1 (1118.1.2 提供給高層的服務(wù)提供給高層的服務(wù) 傳輸層實(shí)體傳輸層實(shí)體應(yīng)用層應(yīng)用層TSAPTSA

4、PNSAPNSAP傳輸層協(xié)議主機(jī)A主機(jī)B傳輸層服務(wù)用戶傳輸服務(wù)提供者傳輸層與其上下層之間的關(guān)系 傳輸層中完成傳輸功能的硬件和軟件被稱為傳輸實(shí)體TSAP通過傳輸實(shí)體，傳輸層可以向應(yīng)用層提供傳輸服務(wù)128.1.3 TCP/IP協(xié)議中的傳輸層協(xié)議中的傳輸層 在TCP/IP協(xié)議中有兩個(gè)并列的協(xié)議：UDP和TCP。 UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是面向無連接的，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要建立連接，而目的主機(jī)收到數(shù)據(jù)報(bào)后也不需要發(fā)回確認(rèn)。這種協(xié)議提供了一種高效的傳輸服務(wù)。TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是面向連接的，

5、即在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前需要先建立連接，而且目的主機(jī)收到數(shù)據(jù)報(bào)后要發(fā)回確認(rèn)信息。這種協(xié)議提供了一種可靠的傳輸服務(wù)。與UDP相比提供了較多的功能，但是相對的報(bào)文格式和運(yùn)行機(jī)制也較為復(fù)雜。138.1.4 端口端口 TCP/IP傳輸層可以通過協(xié)議端口（protocol port，簡稱端口）來標(biāo)識(shí)通信的應(yīng)用進(jìn)程。傳輸層是通過端口與應(yīng)用層的應(yīng)用程序進(jìn)行信息交互的。端口實(shí)際上是一個(gè)16Bit長的地址，范圍可以從0至65535。將0至1023端口號稱為熟知端口（Well-Known Port），其余1024至6 5 5 3 5 端 口 號 稱 為 一 般 端 口 或 （ 動(dòng) 態(tài) ） 連 接 端 口（Regist

6、ered/Dynamic。148.1.4 端口端口 各端口的意義 158.1.4 端口端口 協(xié)議端口號關(guān)鍵字描述UDP42NAMESERVER主機(jī)名字服務(wù)器UDP53DOMAIN域名服務(wù)器UDP67BOOTP Client客戶端啟動(dòng)協(xié)議服務(wù)UDP68BOOTP Server服務(wù)器端啟動(dòng)協(xié)議服務(wù)UDP69TFTP簡單文件傳輸協(xié)議UDP111RPC微系統(tǒng)公司RPCTCP20文件傳輸服務(wù)器（數(shù)據(jù)連接）TCP21文件傳輸服務(wù)器（控制連接）TCP23Telnet遠(yuǎn)程終端服務(wù)器TCP25SMTP簡單郵件傳輸協(xié)議TCP80HTTP超文本傳輸協(xié)議168.1.4 端口端口 IP=1IP=1

7、5IP=0端口200端口201端口200端口25ABC連接1連接2連接3通過SMTP進(jìn)行通信的主機(jī) 178.1.4 端口端口 插口包括IP地址（32位）和端口號（16位），共48位,構(gòu)成插口或套接字（Scoket）端口的應(yīng)用7.1 傳輸層提供的服務(wù)傳輸層提供的服務(wù)開放課題-NAT1、了解NAT的工作原理2、NAT的意義3、應(yīng)用188.2 傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCP TCP是TCP/IP體系中的傳輸層協(xié)議，是面向連接的，因而可以提供可靠的全雙工信息服務(wù)。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)報(bào)傳送到傳輸層后，加上TCP首部，就構(gòu)成了TCP的數(shù)據(jù)傳送單位，稱

8、為報(bào)文段（Segment），在發(fā)送的時(shí)候作為IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)。加上IP首部后成為IP數(shù)據(jù)報(bào)；在接收的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)層將IP數(shù)據(jù)報(bào)的IP首部去掉后上交給傳輸層，得到TCP報(bào)文段，傳輸層再將TCP首部去掉，然后上交給應(yīng)用層，得到應(yīng)用層所需要的報(bào)文段 198.2.1 TCP報(bào)文的格式報(bào)文的格式 208.2.1 TCP報(bào)文的格式報(bào)文的格式 1源端口號和目的端口號源端口號和目的端口號各占16位，2個(gè)字節(jié)，分別標(biāo)識(shí)連接兩端的兩個(gè)通信的應(yīng)用進(jìn)程 2發(fā)送序號發(fā)送序號占32位，4個(gè)字節(jié)，TCP的序號編號是對每一個(gè)字節(jié)進(jìn)行編號，因此在這個(gè)字段中給出的數(shù)字是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)部分的第一個(gè)字節(jié)的序號 3接收序號接收序號

9、又稱作確認(rèn)序號，占32位，4個(gè)字節(jié)，確認(rèn)序號指的是期望收到對方下次發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)的第一個(gè)字節(jié)的序號，也就是期望收到的下一個(gè)報(bào)文段的首部中的發(fā)送序號，同時(shí)確認(rèn)以前收到的報(bào)文。218.2.1 TCP報(bào)文的格式報(bào)文的格式 4數(shù)據(jù)偏移數(shù)據(jù)偏移占4位，此字段指出在TCP數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)實(shí)際的數(shù)據(jù)到TCP報(bào)文段的起始位置的距離，實(shí)際上就是整個(gè)TCP報(bào)文段首部的長度。數(shù)據(jù)偏移字段存儲(chǔ)的數(shù)值的單位是32位的字。5保留字段與標(biāo)志位保留字段與標(biāo)志位占6位，設(shè)置的值為0，供功能擴(kuò)展使用，新的TCP版本有些位已被啟用。標(biāo)志位，共有6個(gè)，每個(gè)占1位 ：（1）緊急比特位（URG） ，（2）確認(rèn)比特（ACK） ，（3）緊迫比特（PS

10、H） ，（4）重建比特（RST） ，（5）同步比特（SYN） ，（6）終止比特（FIN） 228.2.1 TCP報(bào)文的格式報(bào)文的格式 6窗口窗口占2字節(jié)，設(shè)置的值為發(fā)送方接收窗口的大小，單位為字節(jié) 7檢驗(yàn)和檢驗(yàn)和占2字節(jié)，用來檢驗(yàn)首部和數(shù)據(jù)部分以及偽首部之和 8緊急指針緊急指針與緊急比特配合使用處理緊急情況，指出在本報(bào)文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號 238.2.1 TCP報(bào)文的格式報(bào)文的格式 9選項(xiàng)和填充選項(xiàng)和填充TCP首部可以有多達(dá)40字節(jié)的可選信息。此字段為可變部分，它們用來將附加信息傳遞給目的站，或用來將其它選項(xiàng)對齊。TCP定義了兩類選項(xiàng)：一字節(jié)選項(xiàng)和多字節(jié)選項(xiàng) 248.2.2 T

11、CP8.2.2 TCP的編號與確認(rèn)的編號與確認(rèn) 在TCP報(bào)文段首部含有確認(rèn)序號字段，通過它可以完成TCP報(bào)文的確認(rèn)，具體的確認(rèn)是對接收到的數(shù)據(jù)的最高序號進(jìn)行確認(rèn)，返回的確認(rèn)序號是已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)的最高序號加1。由于TCP采用全雙工的通信方式，因此進(jìn)行通信的每一方都不必專門發(fā)送確認(rèn)報(bào)文段，可以在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行確認(rèn)，這種方式稱為捎帶確認(rèn)。258.2.3 TCP8.2.3 TCP的流量控制機(jī)制的流量控制機(jī)制 兩用戶進(jìn)程間的流量控制和鏈路層兩相鄰結(jié)點(diǎn)間的流量控制類似，都要防止快速的發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)超過接收者的能力，采用的方法都是基于滑動(dòng)窗口的原理。但是鏈路層常采用固定窗口大小，而傳輸層則采用可變窗口大小和

12、使用動(dòng)態(tài)緩沖分配。在TCP報(bào)文段首部的窗口字段寫入的數(shù)值就是當(dāng)前設(shè)定的接收窗口的大小。假設(shè)發(fā)送端要發(fā)送的數(shù)據(jù)為8個(gè)報(bào)文段，每個(gè)報(bào)文段的長度為100個(gè)字節(jié)，而此時(shí)接收端許諾的發(fā)送窗口為400個(gè)字節(jié)，具體情況如下圖所示： 268.2.3 TCP8.2.3 TCP的流量控制機(jī)制的流量控制機(jī)制 滑動(dòng)窗口機(jī)制 278.2.3 TCP8.2.3 TCP的流量控制機(jī)制的流量控制機(jī)制 發(fā)送端 接收端 288.2.3 TCP8.2.3 TCP的流量控制機(jī)制的流量控制機(jī)制 實(shí)際上實(shí)現(xiàn)流量控制并非僅僅為了使得接收方來得及接收而已，還要有控制網(wǎng)絡(luò)擁塞的作用。比如接收端正處于較空閑的狀態(tài)，而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載卻很多，這時(shí)如

13、果發(fā)送方仍然按照接收方的要求發(fā)送數(shù)據(jù)就會(huì)加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，由此會(huì)引起報(bào)文段的時(shí)延增大，使得主機(jī)不能及時(shí)地收到確認(rèn)，因此會(huì)重發(fā)更多的報(bào)文段，更加劇了網(wǎng)絡(luò)的阻塞，形成惡性循環(huán)。為了避免發(fā)生這種情況，主機(jī)應(yīng)該及時(shí)地調(diào)整發(fā)送速率。 298.2.3 TCP8.2.3 TCP的流量控制機(jī)制的流量控制機(jī)制 發(fā)送端主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，既要考慮到接收方的接收能力，也要考慮網(wǎng)絡(luò)目前的使用情況，發(fā)送方發(fā)送窗口大小應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：（1）通知窗口（advertised window）：這是接收方根據(jù)自己的接收能力而確定的接收窗口的大小。（2）擁塞窗口（congestion window）：這是發(fā)送方根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)的使用情況而

14、得出的窗口值，也就是來自發(fā)送方的流量控制。當(dāng)中最小的一個(gè)最為適宜，即：發(fā)送窗口=Min通知窗口，擁塞窗口 進(jìn)行擁塞控制，Internet標(biāo)準(zhǔn)推薦使用三種技術(shù)，即慢啟動(dòng)（slow-start），加速遞減（multiplicative decrease）和擁塞避免（congestion avoidance）。308.2.4 TCP8.2.4 TCP的差錯(cuò)控制的差錯(cuò)控制 1差錯(cuò)檢測和糾正差錯(cuò)檢測和糾正TCP中的差錯(cuò)檢測是通過三種簡單工具來完成的：檢驗(yàn)和、確認(rèn)和超時(shí)。 每一個(gè)報(bào)文段都包括檢驗(yàn)和字段，用來檢查受到損傷的報(bào)文段；若報(bào)文段受到損傷，就由目的TCP將其丟棄。TCP使用確認(rèn)的方法來證實(shí)收到了某些

15、報(bào)文段，它們已經(jīng)無損傷地到達(dá)了目的TCP。 TCP不使用否認(rèn)。若一個(gè)報(bào)文段在超時(shí)截止期之前未被確認(rèn)，則被認(rèn)為是受到損傷或已丟失。 318.2.4 TCP8.2.4 TCP的差錯(cuò)控制的差錯(cuò)控制 2受損傷的報(bào)文段受損傷的報(bào)文段。 328.2.4 TCP8.2.4 TCP的差錯(cuò)控制的差錯(cuò)控制 3丟失的報(bào)文段丟失的報(bào)文段對于一個(gè)丟失的報(bào)文段。這與受損報(bào)文段的情況完全一樣。4 4重復(fù)的報(bào)文段重復(fù)的報(bào)文段當(dāng)含有同樣序號的分組作為另一個(gè)收到的報(bào)文段到達(dá)時(shí)，目的TCP丟棄這個(gè)分組。5 5失序的報(bào)文段失序的報(bào)文段對失序的報(bào)文段不確認(rèn)，直到收到所有它以前的報(bào)文段為止 338.2.4 TCP8.2.4 TCP的差錯(cuò)

16、控制的差錯(cuò)控制 6丟失的確認(rèn)丟失的確認(rèn)348.2.5 TCP8.2.5 TCP的重發(fā)機(jī)制的重發(fā)機(jī)制 在傳輸層中，TCP確認(rèn)到達(dá)的時(shí)間概率分布不是很集中，所以確定超時(shí)重發(fā)的時(shí)間就很困難。TCP采用了一種自適應(yīng)算法來計(jì)算重發(fā)超時(shí)時(shí)間。這種算法把每次每個(gè)報(bào)文段發(fā)出的時(shí)間和收到此報(bào)文段確認(rèn)的時(shí)間都記錄下來，兩時(shí)間之差稱為報(bào)文段的往返時(shí)延。針對所有發(fā)送正確的報(bào)文段的往返時(shí)延進(jìn)行加權(quán)平均，得到報(bào)文段的平均往返時(shí)延RT，而將TCP測量該往返時(shí)延所用的時(shí)間設(shè)為M，根據(jù)得到的時(shí)延，按照下列公式進(jìn)行計(jì)算修正的RT：RT=RT+（1-）M式中，是修正因子，一般取值為7/8。358.2.5 TCP8.2.5 TCP的

17、重發(fā)機(jī)制的重發(fā)機(jī)制 1988年，Jacobson提出一種動(dòng)態(tài)的確定超時(shí)重發(fā)時(shí)間的方法，他提出的變化要與確認(rèn)到達(dá)時(shí)間的概率密度函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差大致成比例，并建議采用平均偏差作為對標(biāo)準(zhǔn)偏差的粗略估計(jì)。在這種算法中，需要保存另一個(gè)修正因子D（偏差值），按照下列公式進(jìn)行新的計(jì)算：D=D+（1-）|RT-M|這時(shí)得到的D值與上面的RT值相比，更加令人滿意。但是當(dāng)數(shù)據(jù)段重發(fā)，并確認(rèn)到達(dá)后，不清楚確認(rèn)是針對先發(fā)的數(shù)據(jù)段還是對重發(fā)的數(shù)據(jù)段進(jìn)行的，如果只是進(jìn)行憑空的猜測將導(dǎo)致對數(shù)據(jù)的嚴(yán)重破壞。368.2.6 TCP8.2.6 TCP的傳輸連接管理的傳輸連接管理 1. TCP1. TCP連接的建立連接的建立 第一次

18、握手：源端機(jī)發(fā)送一個(gè)帶有本次連接序號的請求。 第二次握手：目的主機(jī)收到請求后，如果同意連接，則發(fā)回一個(gè)帶有本次連接序號和源端機(jī)連接序號的確認(rèn)。 第三次握手：源端機(jī)收到含有兩次初始序號的應(yīng)答后，再向目的主機(jī)發(fā)送一個(gè)帶有兩次連接序號的確認(rèn)。 378.2.6 TCP8.2.6 TCP的傳輸連接管理的傳輸連接管理 TCP協(xié)議中連接建立的過程 388.2.6 TCP8.2.6 TCP的傳輸連接管理的傳輸連接管理 2. 2. 連接的釋放連接的釋放 第一次握手：由進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的任意一方提出要求釋放連接的請求報(bào)文段。 第二次握手：接收端收到此請求后，會(huì)發(fā)送確認(rèn)報(bào)文段，同時(shí)當(dāng)接收端的所有數(shù)據(jù)也都已經(jīng)發(fā)送完畢后，

19、接收端會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)帶有其自己序號的報(bào)文段。 第三次握手：發(fā)送端收到接收端的要求釋放連接的報(bào)文段后，發(fā)送反向確認(rèn)。39主 機(jī) A主 機(jī) BFIN， SEQ=xACK=x+1FIN， SEQ=y,ACK=x+1ACK=y+1TCP連接的釋放過程 40*8.3 一個(gè)一個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例為了讀者便于理解，我們在網(wǎng)上捕獲了一個(gè)數(shù)據(jù)包，學(xué)習(xí)時(shí)可以對照曾經(jīng)講過的TCP/IP各層數(shù)據(jù)報(bào)的格式來閱讀下面的數(shù)據(jù)例子。在分析這個(gè)例子的時(shí)候，請注意以下幾個(gè)方面：（1）網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包是逐層封裝的（2）數(shù)據(jù)包是從最底層開始分析的（3）數(shù)據(jù)的下面，是分層對協(xié)議報(bào)頭各字段的分析。41*8.3 一個(gè)一

20、個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例：00 03 0f ff ba f1 02 e0 3b e8 6c 13 08 00 45 0005 a8 19 1b 40 00 77 06 ad f1 d3 61 a8 af d2 1fe9 12 00 50 0c cc 20 d9 04 4c d6 20 e3 fe 50 10fe f2 39 89 00 00 協(xié)議分析：Frame 1 （1462 on wire, 1462 captured） Arrival Time: Apr 27, 2004 15:37:08.310024000 Frame Number: 1 Packet Length

21、: 1462 bytes Capture Length: 1462 bytes42*8.3 一個(gè)一個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例Ethernet II 00 03 0f ff ba f1;Destination: 00:03:0f:ff:ba:f1 02 e0 3b e8 6c 13;Source: 02:e0:3b:e8:6c:13 08 00;Type: IP （0 x0800）Internet Protocol, Src Addr: （75）, Dst Addr: lao-ji （8） 45;Version: 4 （0100B） ;He

22、ader length: 20 bytes （0101B）00 ;Differentiated Services Field: Default; ECN: 0 x00）0000 00. = Differentiated Services Codepoint: Default （0 x00） . .0. = ECN-Capable Transport （ECT）: 0 . .0 = ECN-CE: 0 05 a8;Total Length: 1448 19 1b;Identification: 0 x191b 43*8.3 一個(gè)一個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例 4;Flags: 0 x04

23、.1. = Dont fragment: Set .0. = More fragments: Not set0 00;Fragment offset: 077;Time to live: 11906;Protocol: TCP （0 x06）ad f1;Header checksum: 0 xadf1 （correct）d3 61 a8 af ;Source: 75 （75）d2 1f e9 12;Destination: lao-ji （8）44*8.3 一個(gè)一個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例 Transmission

24、 Control Protocol, Src Port: http （80）, Dst Port: 3276 （3276）, Seq: 551093324, Ack: 359247974200 50;Source port: http （80）0c cc;Destination port: 3276 （3276）20 d9 04 4c ;Sequence number: 551093324;Next sequence number: 551094732d6 20 e3 fe ;Acknowledgement number: 35924797425;Header length: 20 bytes

25、45*8.3 一個(gè)一個(gè)TCP/IP數(shù)據(jù)包實(shí)例數(shù)據(jù)包實(shí)例 010;Flags: 0 x0010 （ACK）0. . = Congestion Window Reduced （CWR）: Not set.0. . = ECN-Echo: Not set .0. . = Urgent: Not set .1 . = Acknowledgment: Set . 0. = Push: Not set . .0. = Reset: Not set. .0. = Syn: Not set . .0 = Fin: Not setfe f2;Window size: 6526639 89;Checksum: 0 x3989 （correct）00 00;Urgent 46*8.3 一個(gè)一個(gè)TCP/