第六章-傳輸層課件

第一節(jié)傳輸層的功能與服務

傳輸層的作用：

在通信子網(wǎng)提供服務的基礎上，為源主機和目的主機之間提供可靠的、透明的、價格合理的數(shù)據(jù)傳輸；

是面向用戶的高層和面向通信子網(wǎng)的低層之間的軟件接口。

6.1.1傳輸層服務類型

1.傳輸層抽象模型：利用網(wǎng)絡層提供的服務來實現(xiàn)為用戶提供有效、可靠的服務的目標。

傳輸實體：傳輸層為高層提供服務的軟硬件。2.服務類型：可提供面向連接的和無連接的兩種類型的服務。第一節(jié)傳輸層的功能與服務傳輸層的作用：是面向用戶的1第一節(jié)傳輸層的功能與服務6.1.2傳輸層服務質量

傳輸層的主要功能：增加和優(yōu)化網(wǎng)絡層服務質量。

傳輸層協(xié)議與通信子網(wǎng)服務的關系：通信子網(wǎng)提供的服務越少，則傳輸層協(xié)議越復雜！

服務質量參數(shù)：

建立連接延時：傳輸服務用戶發(fā)出傳輸請求連接到收到確認之間的時間，包括遠端傳輸實體處理的延時。延時越短，服務質量越好。

建立連接失敗概率：在最大連接延時時間內不能建立連接的可能性。

吞吐率：每秒鐘傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。

傳輸延時：從源端傳輸用戶發(fā)送報文開始到目的用戶接收到報文為止的時間。

殘余誤碼率：丟失的、錯誤的報文占全部報文數(shù)的百分比。

優(yōu)先級：為傳輸用戶提供一種表明連接重要程度的方法。當發(fā)生擁塞時，確保高優(yōu)先級連接比低優(yōu)先級連接先獲得服務。

恢復功能：給出因內部原因或擁塞情況下自動終止連接的可能性。運輸協(xié)議1通信子網(wǎng)1所提供的服務運輸協(xié)議2通信子網(wǎng)2所提供的服務第一節(jié)傳輸層的功能與服務6.1.2傳輸層服務質量運26.1.3傳輸服務原語

套接字(socket)原語：用于客戶－服務器模式，通過系統(tǒng)功能調用來實現(xiàn)。

主要原語有：

SOCKET服務原語：用于建立發(fā)方通信端點，返回一個整數(shù)用作為標識。

BIND服務原語：用于給新建立的通信端點賦予一個地址。

CONNECT服務原語：在面向連接的TCP服務中用于在本地端點和遠地端點間建立一條連接，在無連接的UDP服務中是把對方地址存儲下來。

LISTEN服務原語：服務器為請求連接的客戶分配請求連接隊列空間，并指定隊列長度（一般為5）。

ACCEPT服務原語：由服務器執(zhí)行，等待連接請求的到來，請求到達后，服務器創(chuàng)建一個新連接端點，并將該端點的標識符返給請求端，接著產生一個進程為該連接服務，然后再去等待新的連接。

SEND服務原語：進行發(fā)送數(shù)據(jù)。

RECV服務原語：進行接收數(shù)據(jù)。

CLOSE服務原語：用于釋放連接，雙方都使用CIOSE原語后，連接即釋放。第一節(jié)傳輸層的功能與服務6.1.3傳輸服務原語第一節(jié)傳輸層的功能與服務3例如，在面向連接的服務中：1.建立連接階段：

服務器順序執(zhí)行：SOCKET

BIND

LISTEN

ACCEPT

客戶順序執(zhí)行：SOCKET

BIND

CONNECT2.數(shù)據(jù)傳輸階段：雙方用SEND和RECV原語進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3.釋放連接階段：雙方用CLOSE原語后釋放連接。第一節(jié)傳輸層的功能與服務例如，在面向連接的服務中：第一節(jié)傳輸層的功能與服務4第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

傳輸層提供的服務是通過兩端的傳輸實體之間所用的協(xié)議實現(xiàn)的！

傳輸層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議運行環(huán)境的差異：

在數(shù)據(jù)鏈路層：兩個路由器(交換節(jié)點)通過數(shù)據(jù)鏈路直接通信；建立連接的過程簡單，一個輸出線對應一個路由器，且目的路由器一直處于等待連接狀態(tài)。

在傳輸層：兩端的主機通過整個通信子網(wǎng)進行通信；建立連接過程較復雜，有較復雜的尋址過程，并且經(jīng)常存在多條連接，連接的數(shù)目也動態(tài)變化，因此傳輸層的緩沖器管理和流量控制較復雜。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級傳輸層提供的服務是通過5第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

6.2.1傳輸協(xié)議的類型——傳輸層協(xié)議依賴網(wǎng)絡層提供的服務。

網(wǎng)絡層服務分類：

A類：提供完善服務，分組的丟失、重復及亂序情況可忽略不計，不使用N－RESET原語。

B類：分組很少丟失，但時常使用N－RESET原語，協(xié)議建立新的網(wǎng)絡連接，重新同步，然后繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

C類：提供完全不可靠的服務。用此類服務的傳輸層協(xié)議最復雜。

傳輸層協(xié)議分類：

0類(A類)：最簡單類，只提供建立和釋放連接的機制。

1類(B類)：基本錯誤恢復類，提供從N－RESET中恢復，不需要檢錯、流控.

2類(A類)：多路復用類，比0類增加了多路復用的功能。

3類(B類)：錯誤恢復和多路復用類，既可采用多路復用又可從N－RESET中恢復，且使用顯式流量控制。

4類(C類)：錯誤檢測和恢復類，能處理分組的丟失、重復，從N—RESET和其它錯誤中恢復，以及多路復用等功能，是最復雜的協(xié)議。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級6.2.1傳輸協(xié)議的類型——傳輸6

通信雙方協(xié)商協(xié)議類型的過程：連接發(fā)起者

連接響應者

從提供的協(xié)議類型種選擇一種不接收所有協(xié)議

接受請求拒絕連接6.2.2傳輸協(xié)議的功能

1.連接的建立

一個傳輸服務用戶與另一個遠地傳輸服務用戶的連接存在于兩個服務訪問點(TSAP)之間；而對等傳輸實體的連接又存在于兩個NSAP之間。呼叫請求(提供協(xié)議類型)第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

通信雙方協(xié)商協(xié)議類型的過程：呼叫請求第二節(jié)傳輸層協(xié)議等7

本地用戶進程在與遠程用戶進程建立連接時必須獲取對方的TSAP地址！獲取遠端TSAP地址的方法有兩種：(1).固定TASP法：一些公共服務或固定不變的服務連到一些固定的用戶周知的TSAP上。①遠端某一公用進程，將自己連到122號TSAP，處于掛起狀態(tài)。②源端機上的一個進程需查詢時間時，發(fā)送連接請求原語T－CONNECT．Request，說明源地址為6號TASP，目標地址是122號TASP。③源端機的傳輸層收到請求后，在源主機和目的主機上選擇NSAP，并建立一個網(wǎng)絡連接，通過網(wǎng)絡連接兩傳輸實體可以通話。④源端機的傳輸實體用上述網(wǎng)絡連接服務傳輸服務質量參數(shù)。⑤目標主機傳輸實體向時間服務進程發(fā)出一個T－CONNECT．Indication原語。如果122號TASP上的報時服務進程同意，就發(fā)出連接響應原語，返回到源端主機后，就建成傳輸連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

本地用戶進程在與遠程用戶進程建立連接時必須獲取對方的TSA8(2).初始連接法：與遠端進程通過遠端的公用傳送地址TSAP來建立連接。注冊進程：進程連接服務程序，常駐內存，并與固定TSAP連接。

傳輸服務用戶在已知遠端進程的TSAP地址后，如何知道該TSAP處于哪臺機器上呢？即如何知道用哪個NSAP建立網(wǎng)絡連接呢？可以由TSAP地址決定NSAP地址：TSAP地址=<國家><網(wǎng)絡><主機><端口>

NSAP地址

傳輸實體得到一個TSAP地址后，可用其中的NSAP地址建立一個網(wǎng)絡連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

(2).初始連接法：與遠端進程通過遠端的公用傳送地址TSAP9

傳輸連接是從TASP到TASP，網(wǎng)絡連接是從NSAP到NASP，網(wǎng)絡連接是傳輸連接的一部分，并且是不可靠的！

三次握手法——解決網(wǎng)絡服務不可靠問題不可靠因素：超時重傳的連接請求TPDU因在網(wǎng)絡內部滯留時間過長，連接釋放后才到達目的端，使目的端誤認為是新連接請求而發(fā)出確認予以連接，導致下一次源端真正再發(fā)請求建立連接時，目的端認為是重復請求而丟棄，連接不能實現(xiàn)。解決辦法：三次握手，即源端對目的端的回答響應還要用AK加以確認。請單擊此處顯示動畫效果第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

傳輸連接是從TASP到TASP，網(wǎng)絡連接是從NSAP到NA10(a)多路復用(b)分流2.數(shù)據(jù)傳輸(1).多路復用和分流

多路復用：將多個信息流較少的傳輸連接復用到一個網(wǎng)絡連接上，以減少網(wǎng)絡連接數(shù)目，降低費用。

分流：當一個用戶進程的信息量大于一個網(wǎng)絡連接（電路）所能傳輸?shù)男畔⒘繒r，該用戶傳輸連接可同時打開多個網(wǎng)絡連接（多條虛電路），實現(xiàn)對用戶進程信息的分流傳輸，以保證傳輸信息的吞吐量的要求。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

(a)多路復用(b)分11接收方

接收報文

buffer個數(shù)-1

取走報文

buffer個數(shù)+1發(fā)送方

響應報文中剩余buffer數(shù)為0？Y

N停止發(fā)送繼續(xù)發(fā)送

等待新的響應報文

已妥收的報文序號

剩余buffer數(shù)

ACK(2).流量控制和緩沖器管理

傳輸層流量控制的實現(xiàn)方法：采用可變窗口尺寸的動態(tài)緩沖器分配法。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

接收方接收報文buffer個數(shù)-1發(fā)送方已妥收的報文序12丟失數(shù)據(jù)的立即斷連

3.釋放連接——采用三次握手方法釋放連接

由于通信子網(wǎng)不可靠，當突然發(fā)出斷連請求時，有可能造成數(shù)據(jù)丟失！

解決方法：雙方只有在確知對方所發(fā)出的數(shù)據(jù)已妥收，且本方也不準備再發(fā)數(shù)據(jù)時，才能發(fā)出斷連請求，通常采用三次握手方法釋放連接。第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

丟失數(shù)據(jù)的立即斷連3.釋放連接——采用三次握手方法釋放連接13用三次握手方法釋放連接的各種情況第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級

用三次握手方法釋放連接的各種情況第二節(jié)傳輸層協(xié)議等級14第三節(jié)Internet中TCP

傳輸層包含兩個重要協(xié)議：

傳輸控制協(xié)議TCP——適用于面向連接服務

用戶數(shù)據(jù)報服務UDP——適用于無連接服務

TCP(TransmissionControlProtocol)：提供進程間端到端的可靠的全雙工數(shù)據(jù)通信，是一種面向連接的服務，對通信子網(wǎng)的可靠度沒有要求，采用捎帶應答方式工作。6.3.1TCP協(xié)議功能特點

1.提供面向連接的服務：通信雙方分別用SOCKET原語創(chuàng)建一個連接端點。2.面向數(shù)據(jù)流：將從高層接收和向高層送交的數(shù)據(jù)視為無結構的字節(jié)流。3.緩沖傳輸：將高層數(shù)據(jù)緩存起來，由TCP軟件將字節(jié)流分成數(shù)據(jù)片后傳送。4.提供可靠性：TCP采用帶重傳的肯定確認來進行差錯控制和流量控制。5.全雙工連接：TCP允許在兩個方向上同時進行傳送。第三節(jié)Internet中TCP傳輸層包含15第三節(jié)Internet中TCP

6.3.2TCP協(xié)議

數(shù)據(jù)片(segment)：TCP所傳輸?shù)腡PDU，用來傳輸控制信息和數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)和確認置于同一數(shù)據(jù)片中。

數(shù)據(jù)片格式：含報頭部分、數(shù)據(jù)部分。偽頭格式第三節(jié)Internet中TCP6.3.2TCP協(xié)16第三節(jié)Internet中TCP

6.3.3TCP連接管理——包括建立連接和釋放連接1.建立連接——采用三次握手操作，連接是在雙方機器的端口號上實現(xiàn)的。

通常是服務器一方被動的等待連接請求的到來，而客戶方執(zhí)行CONNECT原語主動請求連接，同時說明要連接的IP地址、端口號、能接收的最大數(shù)據(jù)片等參數(shù)。例如：假設右圖中A是客戶方，B是服務器，采用三次握手法建立連接。2.釋放連接

當通信一方A的應用進程向TCP軟件通知釋放連接時，TCP軟件把剩余的數(shù)據(jù)片發(fā)送完畢，然后發(fā)一個釋放連接數(shù)據(jù)片，對方B接到釋放連接數(shù)據(jù)片后，發(fā)出確認，通知應用進程，此時只釋放連接的一半，即A到B的連接，另一方向B到A可以繼續(xù)流動，直到另一方向釋放為止，整個連接才全部釋放。第三節(jié)Internet中TCP6.3.3TCP連接管理176.3.4TCP數(shù)據(jù)傳輸

TCP數(shù)據(jù)傳輸：TCP軟件將應用層用戶交付的數(shù)據(jù)視為字節(jié)流，為每個字節(jié)編號，序號以232為模，每個數(shù)據(jù)片都含有該片數(shù)據(jù)中第一個字節(jié)的序號。1.超時重傳

自適應算法：用來確定重發(fā)時間，記錄每一個數(shù)據(jù)片發(fā)出的時間和收到相應確認的時間，這兩個時間之差即往返傳輸時間(roundtriptime),將各個數(shù)據(jù)片的往返時延樣本加權平均，得到報文段的平均往返時間T，每測得一個新的往返時延，逐漸改變這個平均值：T＝α（舊往返時延T）＋（l－α）（新的往返時延）

其中：系數(shù)α的值為0≤α＜1。通常α選得比較接近1。

定時器設置的重發(fā)時間應略大于計算出的T。2.流量控制

TCP協(xié)議采用可變滑動窗口尺寸來進行流量控制。第三節(jié)Internet中TCP

6.3.4TCP數(shù)據(jù)傳輸?shù)谌?jié)Internet中TC18

TCP實現(xiàn)端對端的流量控制，接收端在所發(fā)送的數(shù)據(jù)片中對已收到多少字節(jié)進行確認，同時用窗口字段說明還準備接收的字節(jié)數(shù)，即接收方當前可用緩沖器大小的說明；根據(jù)改變窗口的通知，發(fā)送