計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法第三章講義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2014年9月國(guó)防科技學(xué)院第3章運(yùn)輸層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2應(yīng)用層:包含大量應(yīng)用普遍需要的協(xié)議，支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用FTP,SMTP,HTTP運(yùn)輸層:

主機(jī)到主機(jī)數(shù)據(jù)傳輸，負(fù)責(zé)從應(yīng)用層接收消息，并傳輸應(yīng)用層的message，到達(dá)目的后將消息上交應(yīng)用。TCP,UDP網(wǎng)絡(luò)層:從源到目的地?cái)?shù)據(jù)報(bào)的選路IP,選路協(xié)議鏈路層:在鄰近網(wǎng)元之間傳輸數(shù)據(jù)PPP,以太網(wǎng)物理層:物理層負(fù)責(zé)將鏈路層幀中每一位(bit)從鏈路的一端傳輸?shù)搅硪欢?。?yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層TCP/IP五層模型3我們的目的:

理解運(yùn)輸層服務(wù)依據(jù)的原理:Multiplexing(多路復(fù)用)/demultiplexing（多路分解）可靠數(shù)據(jù)傳輸flowcontrol（流量控制）congestioncontrol（擁塞控制）學(xué)習(xí)因特網(wǎng)中的運(yùn)輸層協(xié)議：UDP:無(wú)連接傳輸TCP:面向連接傳輸TCP擁塞控制第3章:運(yùn)輸層43.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?.5面向連接的傳輸:TCP3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制5在運(yùn)行不同主機(jī)上應(yīng)用進(jìn)程之間提供邏輯通信運(yùn)輸協(xié)議運(yùn)行在端系統(tǒng)中發(fā)送方：將應(yīng)用報(bào)文（messages）劃分為報(bào)文段（segments），傳向網(wǎng)絡(luò)層接收方：將段重新裝配為報(bào)文，傳向應(yīng)用層應(yīng)用程序可供使用的運(yùn)輸協(xié)議不止一個(gè)因特網(wǎng)：TCP和UDP應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯端到端傳輸運(yùn)輸服務(wù)和協(xié)議動(dòng)畫(huà)：多層通信實(shí)質(zhì)6網(wǎng)絡(luò)層:

主機(jī)間的邏輯通信運(yùn)輸層:

進(jìn)程間的邏輯通信依賴、強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)家庭類比:12個(gè)孩子向12個(gè)孩子發(fā)信進(jìn)程=孩子應(yīng)用報(bào)文=信封中的信主機(jī)=家庭運(yùn)輸協(xié)議=Ann和Bill網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議=郵政服務(wù)運(yùn)輸層vs.網(wǎng)絡(luò)層7可靠的、按序的交付(TCP)擁塞控制流量控制連接建立不可靠、無(wú)序的交付:UDP差錯(cuò)檢測(cè)不可用的服務(wù):時(shí)延保證帶寬保證應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯端到端傳輸因特網(wǎng)運(yùn)輸層協(xié)議83.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?.5面向連接的傳輸:TCP3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制9應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層P1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層P2P3P4P1主機(jī)1主機(jī)2主機(jī)3=進(jìn)程=套接字將接收到的段交付給相應(yīng)的套接字（一路到多路，向上）在接收主機(jī)分解：從多個(gè)套接字收集數(shù)據(jù)，用首部封裝數(shù)據(jù)（多路到一路，向下）在發(fā)送主機(jī)復(fù)用:多路復(fù)用/多路分解10主機(jī)接收IP數(shù)據(jù)報(bào)每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)有源IP地址,目的IP地址每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)承載1個(gè)運(yùn)輸層報(bào)文段每個(gè)段具有源、目的端口號(hào)

(回想:對(duì)特定應(yīng)用程序的周知端口號(hào))源端口#目的端口#32bits應(yīng)用數(shù)據(jù)(報(bào)文)其他首部字段TCP/UDP報(bào)文段格式分解工作過(guò)程主機(jī)使用IP地址&端口號(hào)將報(bào)文段導(dǎo)向到相應(yīng)的套接字11UDP套接字由二元組全面標(biāo)識(shí):(目的地IP地址,目的地端口號(hào))當(dāng)主機(jī)接收UDP段時(shí):在段中檢查目的地端口號(hào)將UDP段定向到具有該端口號(hào)的套接字具有不同源IP地址和/或源端口號(hào)的IP數(shù)據(jù)報(bào)（目的IP地址和端口號(hào)相同）定向到相同的套接字無(wú)連接多路復(fù)用與分解12客戶機(jī)IP:BP2客戶機(jī)IP:AP1P1P3服務(wù)器IP:CSP:6428DP:9157SP:9157DP:6428SP:6428DP:5775SP:5775DP:6428SP提供了“返回地址”無(wú)連接多路復(fù)用與分解(續(xù))=進(jìn)程=套接字13TCP套接字由四元組（4-tuple）標(biāo)識(shí):源IP地址源端口號(hào)目的IP地址目的端口號(hào)接收主機(jī)使用這四個(gè)值來(lái)將段定向到適當(dāng)?shù)奶捉幼址?wù)器主機(jī)可能支持許多并行的TCP套接字：每個(gè)套接字由其自己的四元組標(biāo)識(shí)Web服務(wù)器對(duì)每個(gè)連接的客戶機(jī)具有不同的套接字非持久HTTP將為每個(gè)請(qǐng)求具有不同的套接字面向連接多路復(fù)用與分解14客戶機(jī)IP:BP1客戶機(jī)IP:AP1P2P4服務(wù)器IP:CSP:9157DP:80SP:9157DP:80P5P6P3D-IP:CS-IP:AD-IP:CS-IP:BSP:5775DP:80D-IP:CS-IP:B面向連接多路復(fù)用與分解(續(xù))=進(jìn)程=套接字15客戶機(jī)IP:BP1客戶機(jī)IP:AP1P2服務(wù)器IP:CSP:9157DP:80SP:9157DP:80P4P3D-IP:CS-IP:AD-IP:CS-IP:BSP:5775DP:80D-IP:CS-IP:B面向連接分解:多線程Web服務(wù)器=進(jìn)程=套接字163.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?.5面向連接的傳輸：TCP3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制17“盡力而為”服務(wù)，UDP段可能：丟包對(duì)應(yīng)用程序交付失序無(wú)連接在UDP發(fā)送方和接收方之間無(wú)握手每個(gè)UDP段的處理獨(dú)立于其他段為何要有UDP協(xié)議?無(wú)連接創(chuàng)建(它將增加時(shí)延)簡(jiǎn)單：在發(fā)送方、接收方無(wú)連接狀態(tài)段首部小無(wú)擁塞控制:UDP能夠盡可能快地傳輸

UDP:用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議18常用于流媒體應(yīng)用程序丟包容忍速率敏感其他UDP應(yīng)用DNSSNMP經(jīng)UDP的可靠傳輸:在應(yīng)用層增加可靠性應(yīng)用程序特定的差錯(cuò)恢復(fù)！源端口#目的端口#32bits應(yīng)用數(shù)據(jù)(報(bào)文)UDP段格式長(zhǎng)度檢查和UDP段的長(zhǎng)度，包括首部，以字節(jié)計(jì)checksum：校驗(yàn)和，檢查和

UDP報(bào)文段結(jié)構(gòu)19發(fā)送方:將段內(nèi)容處理為16比特整數(shù)序列檢查和:段內(nèi)容的加法(反碼和)發(fā)送方將檢查和放入U(xiǎn)DP檢查和字段接收方:計(jì)算接收的段的檢查和核對(duì)計(jì)算的檢查和是否等于檢查和字段的值:NO–

檢測(cè)到差錯(cuò)YES–

無(wú)差錯(cuò)檢測(cè)到。雖然如此，還可能有差錯(cuò)嗎？目的:

在傳輸?shù)亩沃袡z測(cè)“差錯(cuò)”(如比特翻轉(zhuǎn))

UDP檢查和20注意當(dāng)數(shù)字作加法時(shí)，最高位進(jìn)比特位的進(jìn)位需要加到結(jié)果中例子:兩個(gè)16-bit整數(shù)相加1111001100110011011101010101010101110111011101110111101110111011110010100010001000011回卷和檢查和檢查和例子計(jì)算步驟:

求和，回卷，求反213.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?.5面向連接的傳輸3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制22在應(yīng)用層、運(yùn)輸層、數(shù)據(jù)鏈路層的重要性網(wǎng)絡(luò)中需解決的最重要的10個(gè)問(wèn)題之一!不可靠信道的特點(diǎn)決定了可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的復(fù)雜性可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?3發(fā)送側(cè)接收側(cè)rdt_send():

calledfromabove,(e.g.,byapp.).Passeddatatodelivertoreceiverupperlayerudt_send():

calledbyrdt,totransferpacketoverunreliablechanneltoreceiverrdt_rcv():

calledwhenpacketarrivesonrcv-sideofchanneldeliver_data():

calledbyrdttodeliverdatatoupper可靠數(shù)據(jù)傳輸：描述函數(shù)熟悉24我們將:逐漸遞增地研究可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(rdt)的發(fā)送方和接收方僅考慮單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂菩畔⒃趦蓚€(gè)方向流動(dòng)！使用有限狀態(tài)機(jī)(FSM)來(lái)定義發(fā)送方和接收方狀態(tài)1狀態(tài)2引起狀態(tài)變遷的事件狀態(tài)變遷所采取的行動(dòng)狀態(tài):

當(dāng)位于這個(gè)“狀態(tài)時(shí)”，下個(gè)狀態(tài)惟一地由下個(gè)事件決定事件動(dòng)作事件^有限狀態(tài)機(jī)描述方法253.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑韗dt1.0，rdt2.0，rdt3.0協(xié)議3.5面向連接的傳輸3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制26底層信道完全可靠無(wú)比特差錯(cuò)無(wú)分組丟失發(fā)送方、接收方具有各自的FSM:發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)向底層信道接收方從底層信道讀取數(shù)據(jù)Waitforcallfromabovepacket=make_pkt(data)udt_send(packet)rdt_send(data)extract(packet,data)deliver_data(data)Waitforcallfrombelowrdt_rcv(packet)發(fā)送方接收方

rdt1.0:完全可靠信道上的可靠數(shù)據(jù)傳輸27

Rdt2.0:具有比特差錯(cuò)的信道具有比特差錯(cuò)的底層信道有比特差錯(cuò)無(wú)分組丟失數(shù)據(jù)出錯(cuò)后處理方式檢錯(cuò)重傳rdt2.0新增加機(jī)制（與rdt1.0比較）檢錯(cuò)反饋：ACK,NAK重傳28等待來(lái)自上面的調(diào)用snkpkt=make_pkt(data,checksum)udt_send(sndpkt)extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)udt_send(ACK)rdt_rcv(rcvpkt)&&

notcorrupt(rcvpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&

isNAK(rcvpkt)udt_send(NAK)rdt_rcv(rcvpkt)&&

corrupt(rcvpkt)等待ACK或NAK等待來(lái)自下面的調(diào)用發(fā)送方接收方rdt_send(data)L發(fā)送方發(fā)出1個(gè)分組，等待接收方響應(yīng)后再繼續(xù)發(fā)送。（類似rdt2.0）停等協(xié)議

rdt2.0:FSM描述29等待來(lái)自上面的調(diào)用snkpkt=make_pkt(data,checksum)udt_send(sndpkt)extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)udt_send(ACK)rdt_rcv(rcvpkt)&&

notcorrupt(rcvpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&

isNAK(rcvpkt)udt_send(NAK)rdt_rcv(rcvpkt)&&

corrupt(rcvpkt)等待ACK或NAK等待來(lái)自下面的調(diào)用rdt_send(data)L

rdt2.0:無(wú)差錯(cuò)時(shí)的操作30等待來(lái)自上面的調(diào)用snkpkt=make_pkt(data,checksum)udt_send(sndpkt)extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)udt_send(ACK)rdt_rcv(rcvpkt)&&

notcorrupt(rcvpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&

isNAK(rcvpkt)udt_send(NAK)rdt_rcv(rcvpkt)&&

corrupt(rcvpkt)等待ACK或NAK等待來(lái)自下面的調(diào)用rdt_send(data)L

rdt2.0:有差錯(cuò)時(shí)的情況31如果ACK/NAK受損，將會(huì)出現(xiàn)何種情況？發(fā)送方不知道在接收方會(huì)發(fā)生什么情況！不能只是重傳：可能導(dǎo)致重復(fù)（duplicate）處理重復(fù)（序號(hào)機(jī)制）:發(fā)送方對(duì)每個(gè)分組增加序列號(hào)如果ACK/NAK受損，發(fā)送方重傳當(dāng)前的分組接收方丟棄(不再向上交付)重復(fù)的分組

rdt2.0有重大的缺陷!32等待來(lái)自上面的調(diào)用0sndpkt=make_pkt(0,data,checksum)udt_send(sndpkt)rdt_send(data)等待ACK或NAK0udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)||isNAK(rcvpkt))sndpkt=make_pkt(1,data,checksum)udt_send(sndpkt)rdt_send(data)rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)||isNAK(rcvpkt))rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)

等待來(lái)自上面的調(diào)用1等待ACK或NAK1LL

rdt2.1:發(fā)送方,處理受損的ACK/NAK33等待來(lái)自下面的調(diào)用0sndpkt=make_pkt(NAK,chksum)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&has_seq0(rcvpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&has_seq1(rcvpkt)

extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)sndpkt=make_pkt(ACK,chksum)udt_send(sndpkt)等待來(lái)自上面的調(diào)用1rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&has_seq0(rcvpkt)extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)sndpkt=make_pkt(ACK,chksum)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)sndpkt=make_pkt(ACK,chksum)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&has_seq1(rcvpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)sndpkt=make_pkt(ACK,chksum)udt_send(sndpkt)sndpkt=make_pkt(NAK,chksum)udt_send(sndpkt)

rdt2.1:接收方,處理受損的ACK/NAK34發(fā)送方:序號(hào)seq#加入分組中兩個(gè)序號(hào)seq.#’s(0,1)將夠用.(為什么?)必須檢查是否收到的ACK/NAK受損狀態(tài)增加一倍狀態(tài)必須“記住”是否“當(dāng)前的”分組具有0或1序號(hào)接收方:必須檢查是否接收到的分組是冗余的狀態(tài)指示是否0或1是所期待的分組序號(hào)seq#注意:接收方不能知道是否它的最后的ACK/NAK在發(fā)送方已經(jīng)接收OK

rdt2.1:討論35與rdt2.1一樣的功能，僅使用ACK代替NAK,接收方對(duì)最后正確接收的分組發(fā)送ACK接收方必須明確地包括被確認(rèn)分組的序號(hào)在發(fā)送方重復(fù)的ACK導(dǎo)致如同NAK相同的動(dòng)作：重傳當(dāng)前分組

rdt2.2:一種無(wú)NAK的協(xié)議36等待來(lái)自上面的調(diào)用0sndpkt=make_pkt(0,data,checksum)udt_send(sndpkt)rdt_send(data)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)||

isACK(rcvpkt,1))rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt,0)

等待ACK0發(fā)送方FSM片段等待來(lái)自下面的調(diào)用0rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&has_seq1(rcvpkt)extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)sndpkt=make_pkt(ACK1,chksum)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)||

has_seq1(rcvpkt))udt_send(sndpkt)接收方FSM片段L

rdt2.2:發(fā)送方,接收方片段37

rdt3.0:具有差錯(cuò)和丟包的信道具有差錯(cuò)和丟包的底層信道有比特差錯(cuò)有分組丟失現(xiàn)有機(jī)制（檢錯(cuò)、反饋、重傳、序號(hào)）還不夠增加定時(shí)機(jī)制：發(fā)送方等待ACK一段“合理的”時(shí)間如在這段時(shí)間沒(méi)有收到ACK則重傳如果分組(或ACK)只是延遲(沒(méi)有丟失)，重傳將是冗余的，但序號(hào)的使用已經(jīng)處理了該情況38sndpkt=make_pkt(0,data,checksum)udt_send(sndpkt)start_timerrdt_send(data)等待ACK0rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)||isACK(rcvpkt,1))等待來(lái)自上面的調(diào)用1sndpkt=make_pkt(1,data,checksum)udt_send(sndpkt)start_timerrdt_send(data)rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt,0)

rdt_rcv(rcvpkt)&&(corrupt(rcvpkt)||isACK(rcvpkt,0))rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt,1)

stop_timerstop_timerudt_send(sndpkt)start_timertimeoutudt_send(sndpkt)start_timertimeoutrdt_rcv(rcvpkt)等待來(lái)自上面的調(diào)用0等待ACK1Lrdt_rcv(rcvpkt)LLL

rdt3.0發(fā)送方39無(wú)丟包時(shí)的運(yùn)行分組丟失發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方

rdt3.0運(yùn)行情況40ACK丟失過(guò)早超時(shí)發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方

rdt3.0運(yùn)行情況41rdt3.0能夠工作，但性能不太好例子:1Gbps鏈路,15ms端到端傳播時(shí)延,1KB分組:Ttransmit=8kb/pkt10**9b/sec=8microsecUsender:利用率

–

發(fā)送方用于發(fā)送時(shí)間的比率每30msec1KB分組->經(jīng)1Gbps

鏈路有33kB/sec吞吐量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議限制了物理資源的使用!L(packetlengthinbits)R(transmissionrate,bps)=

rdt3.0的性能42傳輸分組的第一個(gè)比特,t=0發(fā)送方接收方RTT

傳輸分組的最后一個(gè)比特,t=L/R分組第一個(gè)比特到達(dá)傳輸最后一個(gè)比特到達(dá),發(fā)送ACKACK到達(dá)，發(fā)送下一個(gè)分組,t=RTT+L/R

rdt3.0:停等協(xié)議的運(yùn)行43流水線:發(fā)送方允許發(fā)送多個(gè)、“傳輸中的”,還沒(méi)有應(yīng)答的報(bào)文段序號(hào)的范圍必須增加發(fā)送方和/或接收方設(shè)有緩沖流水線協(xié)議的兩種形式:

回退N幀法（Go-Back-N）,選擇性重傳（SR）,流水線協(xié)議44傳輸?shù)谝粋€(gè)分組比特,t=0發(fā)送者接收者RTT傳輸最后一個(gè)比特,t=L/R第一個(gè)分組比特到達(dá)分組最后一個(gè)比特到達(dá),發(fā)送ACKACK到達(dá),發(fā)送下一個(gè)分組,t=RTT+L/R第二個(gè)分組最后比特到達(dá),發(fā)送ACK第三個(gè)分組最后比特到達(dá),發(fā)送ACK利用率增加3倍!流水線協(xié)議:增加利用率45滑動(dòng)窗口協(xié)議Go-Back-N和選擇重傳都是滑動(dòng)窗口協(xié)議發(fā)送方和接收方都具有一定容量的緩沖區(qū)（即窗口），允許發(fā)送站連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀而不需要等待應(yīng)答發(fā)送窗口就是發(fā)送端允許連續(xù)發(fā)送的幀的序號(hào)表，發(fā)送端可以不等待應(yīng)答而連續(xù)發(fā)送的最大幀數(shù)稱為發(fā)送窗口的尺寸接收窗口是接收方允許接收的幀的序號(hào)表，凡落在接收窗口內(nèi)的幀，接收方都必須處理，落在接收窗口外的幀被丟棄。接收方每次允許接收的幀數(shù)稱為接收窗口的尺寸46特征：累計(jì)ACK，全部重傳ACK(n):確認(rèn)所有的（包括序號(hào)n）的分組-“累計(jì)ACK”若超時(shí)，重傳窗口中的未被確認(rèn)的第一個(gè)分組n及所有更高序號(hào)的分組

Go-Back-N發(fā)送窗口尺寸為N；接收窗口尺寸為1。1234567891011……發(fā)送窗口接收窗口1234567891011……簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：位于發(fā)送窗口內(nèi)的分組才允許被發(fā)送，位于接收窗口內(nèi)的分組才能被接收，關(guān)鍵是窗口如何滑動(dòng)。47

Go-Back-N正常傳輸時(shí)（示意）動(dòng)畫(huà)48

Go-Back-N丟失幀時(shí)（示意）49

Go-Back-N理解累計(jì)ACK和回退N個(gè)重傳發(fā)送方發(fā)送窗口滑動(dòng)的條件：收到1個(gè)確認(rèn)分組超時(shí)重傳時(shí)，回退N個(gè)重傳，通常重傳多個(gè)分組接收方接收窗口滑動(dòng)的條件：收到期望序號(hào)的分組累計(jì)ACKs：s為期望收到的下一分組序號(hào)對(duì)失序分組的處理：丟棄，重發(fā)（已按序接收分組的）ACKGo-Back-N不足：（效率明顯高于停等協(xié)議）但仍有不必要重傳的問(wèn)題50發(fā)送方接收方

GBN例子（書(shū)）51特征：獨(dú)立ACK，重傳單個(gè)分組獨(dú)立ACK:對(duì)每個(gè)分組使用單獨(dú)的確認(rèn)需N個(gè)定時(shí)器，若某個(gè)分組超時(shí)，則重傳該分組接收窗口為N，對(duì)非按序到達(dá)的分組進(jìn)行緩存選擇重傳SR發(fā)送窗口尺寸為N；接收窗口尺寸為N。1234567891011……發(fā)送窗口接收窗口1234567891011……52選擇重傳的操作53選擇重傳的理解理解單獨(dú)ACK和單個(gè)分組重傳發(fā)送方發(fā)送窗口滑動(dòng)的條件：收到最低位置分組的確認(rèn)超時(shí)重傳時(shí)，僅重傳超時(shí)的單個(gè)分組接收方接收窗口滑動(dòng)的條件：收到最低位置的分組單獨(dú)ACK對(duì)失序分組的處理：接收窗口內(nèi)緩存，發(fā)對(duì)應(yīng)ACK；接收窗口外丟棄54例子:序號(hào):0,1,2,3窗口長(zhǎng)度=3接收方：在(a)和(b)兩種情況下接收方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)差別!在(a)中不正確地將新的冗余的當(dāng)為新的，而在(b)中不正確地將新的當(dāng)作冗余的問(wèn)題:

序號(hào)長(zhǎng)度與窗口長(zhǎng)度有什么關(guān)系?回答：窗口長(zhǎng)度小于等于序號(hào)空間的一半選擇重傳:困難的問(wèn)題55機(jī)制用途和說(shuō)明檢驗(yàn)和用于檢測(cè)在一個(gè)傳輸分組中的比特錯(cuò)誤。定時(shí)器用于檢測(cè)超時(shí)/重傳一個(gè)分組，可能因?yàn)樵摲纸M（或其ACK）在信道中丟失了。由于當(dāng)一個(gè)分組被時(shí)延但未丟失（過(guò)早超時(shí)），或當(dāng)一個(gè)分組已被接收方收到但從接收方到發(fā)送方的ACK丟失時(shí)，可能產(chǎn)生超時(shí)事件，所以接收方可能會(huì)收到一個(gè)分組的多個(gè)冗余拷貝。序號(hào)用于為從發(fā)送方流向接收方的數(shù)據(jù)分組按順序編號(hào)。所接收分組的序號(hào)間的空隙可使該接收方檢測(cè)出丟失的分組。具有相同序號(hào)的分組可使接收方檢測(cè)出一個(gè)分組的冗余拷貝。確認(rèn)接收方用于告訴發(fā)送方一個(gè)分組或一組分組已被正確地接收到了。確認(rèn)報(bào)文通常攜帶著被確認(rèn)的分組或多個(gè)分組的序號(hào)。確認(rèn)可以是逐個(gè)的或累積的，這取決于協(xié)議。否定確認(rèn)接收方用于告訴發(fā)送方某個(gè)分組未被正確地接收。否定確認(rèn)報(bào)文通常攜帶著未被正確接收的分組的序號(hào)。窗口、流水線發(fā)送方也許被限制僅發(fā)送那些序號(hào)落在一個(gè)指定范圍內(nèi)的分組。通過(guò)允許一次發(fā)送多個(gè)分組但未被確認(rèn)，發(fā)送方的利用率可在停等操作模式的基礎(chǔ)上得到增加。我們很快將會(huì)看到，窗口長(zhǎng)度可根據(jù)接收方接收和緩存報(bào)文的能力或網(wǎng)絡(luò)中的擁塞程度，或兩者情況來(lái)進(jìn)行設(shè)置?？煽繑?shù)據(jù)傳輸機(jī)制及用途總結(jié)563.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?.5面向連接的傳輸：TCP3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制57RobertE.KahnVintonG.Cerf羅伯特·卡恩溫頓·瑟夫

2004年圖靈獎(jiǎng)TCP/IP協(xié)議發(fā)明者58全雙工數(shù)據(jù):同一連接上的雙向數(shù)據(jù)流MSS:最大報(bào)文段長(zhǎng)度MTU:最大傳輸單元面向連接:

在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換前，初始化發(fā)送方與接收方狀態(tài)，進(jìn)行握手(交換控制信息),流量控制:發(fā)送方不能淹沒(méi)接收方擁塞控制:抑止發(fā)送方速率來(lái)防止過(guò)分占用網(wǎng)絡(luò)資源點(diǎn)到點(diǎn):一個(gè)發(fā)送方,一個(gè)接收方連接狀態(tài)與端系統(tǒng)有關(guān)，不為路由器所知

可靠、有序的字節(jié)流流水線:TCP擁塞和流量控制設(shè)置滑動(dòng)窗口協(xié)議發(fā)送和接收緩沖區(qū)

TCP概述59源端口#目的端口#32bits應(yīng)用層數(shù)據(jù)(變長(zhǎng))序號(hào)確認(rèn)號(hào)接收窗口緊急數(shù)據(jù)指針檢查和FSRPAU首部長(zhǎng)度未用選項(xiàng)(變長(zhǎng))URG:緊急數(shù)據(jù)(一般不用)ACK:ACK序號(hào)有效PSH:立即提交數(shù)據(jù)(一般不用)RST,SYN,FIN:連接建立(建立和拆連)接收方允許的字節(jié)數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)字節(jié)計(jì)數(shù)(并非對(duì)報(bào)文段計(jì)數(shù)!)因特網(wǎng)檢查和(同UDP一樣)

TCP報(bào)文段結(jié)構(gòu)60序號(hào):報(bào)文段中第1個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)在字節(jié)流中的位置編號(hào)確認(rèn)號(hào):期望從對(duì)方收到下一個(gè)字節(jié)的序號(hào)累計(jì)應(yīng)答主機(jī)A主機(jī)BSeq=42,ACK=79,data=‘C’Seq=79,ACK=43,data=‘C’Seq=43,ACK=80用戶鍵入‘C’主機(jī)對(duì)接收到的‘C’回顯給出確認(rèn)主機(jī)對(duì)收到的‘C’給出確認(rèn),

回顯‘C’時(shí)間簡(jiǎn)單的telnet情況捎帶確認(rèn)

TCP序號(hào)和確認(rèn)號(hào)61問(wèn)題:如何設(shè)置TCP超時(shí)值?應(yīng)大于RTT但RTT是變化的太短:過(guò)早超時(shí)不必要的重傳太長(zhǎng):對(duì)報(bào)文段的丟失響應(yīng)太慢問(wèn)題:如何估計(jì)RTT?SampleRTT:

從發(fā)送報(bào)文段到接收到ACK的測(cè)量時(shí)間忽略重傳SampleRTT會(huì)變化,希望估計(jì)的RTT“較平滑”平均最近的測(cè)量值,并不僅僅是當(dāng)前SampleRTT

TCP往返時(shí)延(RTT)的估計(jì)與超時(shí)62EstimatedRTT=(1-)*EstimatedRTT+*SampleRTT指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均(Exponentialweightedmovingaverage)過(guò)去的樣本指數(shù)級(jí)衰減來(lái)產(chǎn)生影響典型值:=0.125

TCP往返時(shí)延估計(jì)與超時(shí)(續(xù))63

RTT估計(jì)的例子64設(shè)置超時(shí)間隔EstimtedRTT

加“安全余量”EstimatedRTT大變化->更大的安全余量首先估算EstimatedRTT與SampleRTT之間差值有多大:

TimeoutInterval=EstimatedRTT+4*DevRTTDevRTT=(1-)*DevRTT+

*|SampleRTT-EstimatedRTT|(典型地,=0.25)

然后估算超時(shí)值:

TCP往返時(shí)延估計(jì)與超時(shí)(續(xù))65TCP在IP不可靠服務(wù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)流水線發(fā)送報(bào)文段累計(jì)確認(rèn)TCP使用單個(gè)重傳計(jì)時(shí)器重傳被下列事件觸發(fā):超時(shí)事件重復(fù)ACK

TCP可靠數(shù)據(jù)傳輸66TCP可靠傳輸屬于滑動(dòng)窗口方法發(fā)送方收到累計(jì)ACK，窗口向又滑動(dòng)（1個(gè)或多個(gè)報(bào)文段）單個(gè)重傳計(jì)時(shí)器，超時(shí)僅則重傳導(dǎo)致超時(shí)的報(bào)文段快速重傳：冗余ACK

接收方對(duì)收到的報(bào)文段進(jìn)行緩存收到任何報(bào)文段時(shí)，均發(fā)出正確的累計(jì)確認(rèn)

TCP可靠數(shù)據(jù)傳輸67主機(jī)ASeq=100,20bytesdataACK=100時(shí)間過(guò)早超時(shí)的情況主機(jī)BSeq=92,8bytesdataACK=120Seq=92,8bytesdataSeq=92超時(shí)ACK=120主機(jī)ASeq=92,8bytesdataACK=100loss超時(shí)丟失確認(rèn)的情況主機(jī)BXSeq=92,8bytesdataACK=100時(shí)間Seq=92超時(shí)SendBase=100SendBase=120SendBase=120Sendbase=100

TCP:重傳的情況68主機(jī)ASeq=92,8bytesdataACK=100丟包超時(shí)累計(jì)確認(rèn)情況主機(jī)BXSeq=100,20bytesdataACK=120時(shí)間SendBase=120

TCP重傳情況(續(xù))69超時(shí)間隔常常相對(duì)較長(zhǎng):重傳丟失報(bào)文段以前有長(zhǎng)時(shí)延通過(guò)冗余ACK，檢測(cè)丟失的報(bào)文段發(fā)送方經(jīng)常一個(gè)接一個(gè)的發(fā)送報(bào)文段如果報(bào)文段丟失，將會(huì)收到很多重復(fù)ACK如果對(duì)相同數(shù)據(jù)，發(fā)送方收到3個(gè)ACK,假定被確認(rèn)的報(bào)文段以后的報(bào)文段丟失了:快速重傳:

在定時(shí)器超時(shí)之前重傳快速重傳70TCP連接的接收方有1個(gè)接收緩沖區(qū):匹配速度服務(wù):發(fā)送速率需要匹配接收方應(yīng)用程序的提取速率應(yīng)用進(jìn)程可能從接收緩沖區(qū)讀數(shù)據(jù)緩慢發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)太快，導(dǎo)致接收方來(lái)不及接收時(shí)，需進(jìn)行流量控制流量控制

TCP流量控制71

TCP流控:工作原理TCP流控通過(guò)接收窗口字段實(shí)現(xiàn)接收方計(jì)算緩存區(qū)的剩余空間，即接收窗口大小RcvWindow=RcvBuffer-[LastByteRcvd-LastByteRead]接收方通過(guò)TCP首部的接收窗口字段反饋給發(fā)送方發(fā)送方根據(jù)接收窗口字段來(lái)限制發(fā)送窗口大小，以保證接收方緩存不溢出

72

TCP連接管理TCP是面向連接的協(xié)議，TCP連接的建立和釋放是每次TCP傳輸中必不可少的過(guò)程。TCP的傳輸連接包括三個(gè)狀態(tài)連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接釋放73第一次握手過(guò)程：注：SYN：同步序列編號(hào)(SynchronizeSequenceNumber)SEQ:序列號(hào)(SequenceNumber),表示當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)的編號(hào)為X?！?/p>

SYN＝1

，SEQ＝X第一次握手：連接請(qǐng)求報(bào)文請(qǐng)求建立連接目前字節(jié)編號(hào)：X下一次編號(hào)：X＋1SEQ＝X：身份標(biāo)識(shí)Client客戶機(jī)（A）Server服務(wù)器（B）建立連接（三次握手）74第二次握手過(guò)程：①SYN＝1，SEQ＝X②

SYN＝1

，SEQ＝Y(jié),ACK＝X+1

注：SYN：同步序列編號(hào)(SynchronizeSequenceNumbers)SEQ:序列號(hào)(SequenceNumber)ACK：確認(rèn)編號(hào)(AcknowledgementNumber)第二次握手：確認(rèn)報(bào)文第一次握手：連接請(qǐng)求報(bào)文請(qǐng)求建立連接目前字節(jié)編號(hào)：Y下一次編號(hào)：Y＋1SEQ＝Y(jié)：身份標(biāo)識(shí)對(duì)（SYN）同步序號(hào)請(qǐng)求的應(yīng)答Client客戶機(jī)（A）Server服務(wù)器（B）建立連接（三次握手）75①SYN＝1，SEQ＝X②

SYN＝1，SEQ＝Y(jié),

ACK＝X+1

第三次握手過(guò)程對(duì)（SYN）同步序號(hào)請(qǐng)求的應(yīng)答第二次握手確認(rèn)報(bào)文客戶機(jī)A的身份標(biāo)識(shí)第一次握手：連接請(qǐng)求報(bào)文③

SEQ＝X+1,ACK＝Y(jié)+1第三次握手：確認(rèn)報(bào)文Client客戶機(jī)（A）Server服務(wù)器（B）建立連接（三次握手）76①SYN＝1，SEQ＝X②

SYN＝1，SEQ＝Y(jié),

ACK＝X+1

③

SEQ＝X+1,ACK＝Y(jié)+1請(qǐng)求確認(rèn)確認(rèn)三次握手過(guò)程：一個(gè)請(qǐng)求，兩個(gè)確認(rèn)數(shù)據(jù)連接已建立Client客戶機(jī)（A）Server服務(wù)器（B）建立連接（三次握手）77①SYN＝？

，SEQ＝1000②

SYN＝？

，SEQ＝？,

ACK＝？

③

SEQ＝？,ACK＝2002三次握手過(guò)程：一個(gè)請(qǐng)求，兩個(gè)確認(rèn)數(shù)據(jù)Client客戶機(jī)（A）Server服務(wù)器（B）練習(xí)78步驟1:

客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送TCPFIN控制報(bào)文段步驟2:

服務(wù)器收到FIN，用ACK回答。關(guān)閉連接，發(fā)送FIN步驟3:

客戶機(jī)收到FIN,用ACK答進(jìn)入“超時(shí)等待”

–將對(duì)接收到的FIN進(jìn)行確認(rèn)步驟4:

服務(wù)器接收ACK，連接關(guān)閉客戶FIN服務(wù)器ACKACKFIN關(guān)閉關(guān)閉已關(guān)閉超時(shí)等待釋放連接793.1運(yùn)輸層服務(wù)3.2復(fù)用與分解3.3無(wú)連接傳輸:UDP3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?.5面向連接的傳輸:TCP3.6擁塞控制的原則3.7TCP擁塞控制80擁塞(Congestion):當(dāng)大量的分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，超出了網(wǎng)絡(luò)的處理能力時(shí)，會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)局部或整體性能下降，這種現(xiàn)象稱為擁塞。不加控制的擁塞甚至導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。不同于流量控制!表現(xiàn):丟包(路由器緩沖區(qū)溢出)長(zhǎng)時(shí)延(路由器緩沖區(qū)中排隊(duì))網(wǎng)絡(luò)中的前10大問(wèn)題之一!擁塞控制原理81擁塞控制起的作用提供的負(fù)載吞吐量理想的擁塞控制擁塞死鎖（吞吐量=0）無(wú)擁塞控制實(shí)際的擁塞控制輕度擁塞082兩個(gè)發(fā)送方,兩個(gè)接收方一個(gè)路由器,無(wú)限緩沖區(qū)不重傳擁塞時(shí)時(shí)延增大可達(dá)到最大吞吐量無(wú)限的共享式輸出鏈路緩沖主機(jī)Alin

:原始數(shù)據(jù)主機(jī)Blout擁塞的原因與開(kāi)銷(xiāo):情況183一個(gè)路由器，有限緩沖區(qū)發(fā)送方重傳丟失的數(shù)據(jù)分組有限的共享式輸出鏈路緩存主機(jī)Alin

:原始數(shù)據(jù)主機(jī)Bloutl‘in

:原始數(shù)據(jù)＋重傳數(shù)據(jù)擁塞的原因與開(kāi)銷(xiāo):情況284通常:(吞吐量)僅當(dāng)丟失丟包時(shí)，需要“完美的”重傳:遲延的分組（而不是丟失）的重傳使得比(同完美情況相比)更大linlout=linlout>linlout擁塞的“代價(jià)”:

比額定的“吞吐量”做更多的工作(重傳)不必要重傳:鏈路承載分組的多個(gè)拷貝擁塞的原因與開(kāi)銷(xiāo):情況2(續(xù))85四個(gè)發(fā)送者多跳路徑超時(shí)/重傳lin問(wèn)題:

隨著和的增加將發(fā)生什么情況?lin有限的共享式輸出鏈路緩存主機(jī)Alin

原始數(shù)據(jù)主機(jī)Bloutl‘in

:原始數(shù)據(jù),＋重傳數(shù)據(jù)擁塞的原因與開(kāi)銷(xiāo):情況386另一個(gè)擁塞的“開(kāi)銷(xiāo)”:

當(dāng)分組丟失時(shí),任何用于傳輸該分組的上游傳輸能力都被浪費(fèi)!HostAHostBlout擁塞的原因與開(kāi)銷(xiāo):情況3(續(xù))87端到端的擁塞控制不能從網(wǎng)絡(luò)得到明確的反饋從端系統(tǒng)根據(jù)觀察到的時(shí)延和丟失現(xiàn)象推斷出擁塞這是TCP所采用的方法網(wǎng)絡(luò)輔助的擁塞控制路由器為端系統(tǒng)提供反饋一個(gè)bit指示一條鏈路出現(xiàn)擁塞(SNA,DECnet,TCP/IPECN,ATM)指示發(fā)送方按照一定速率發(fā)送控制擁塞的兩類方法（直接的和間接的）:擁塞控制方法88案例(網(wǎng)絡(luò)輔助):ATMABR擁塞控制ATM(AsynchronousTransferMode)異步傳輸模式一種結(jié)合了電路交換與分組交換各自優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)以53字節(jié)固定長(zhǎng)度的信元為傳輸單元業(yè)務(wù)：CBR固定速率，ABR可用速率等:ABR可用速率業(yè)務(wù)模式（“彈性服務(wù)”）若發(fā)送方的路徑“欠載”:發(fā)送方應(yīng)該使用可用的帶寬若發(fā)送方的路徑擁塞:發(fā)送方被抑制到最小保證速率89通信過(guò)程簡(jiǎn)要描述發(fā)送方沿（建立好連接的）路徑上不斷傳輸數(shù)據(jù)信元和管理信元，到達(dá)接收方接收方將管理信元（內(nèi)容修改調(diào)整后）研路徑返回（反饋）到發(fā)送方案例:ATMABR擁塞控制90采取網(wǎng)絡(luò)輔助的擁塞控制（包括多種機(jī)制）RM信元中的特定bit：NIbit速率無(wú)增長(zhǎng)(