計算機網(wǎng)絡(luò)自頂向下Chapter3

第3章運輸層

運輸層要解決什么問題?

?IP層協(xié)議主機之間傳遞數(shù)據(jù)報

?IP地址只標識主機，并不區(qū)分應(yīng)用程序或哪個用戶，

-?區(qū)分應(yīng)用程序或用戶——

端到端的運輸層協(xié)議來完成的

2<A金

Chapter3outline

3.1Transport-layerservices

3.2Connectionlesstransport:UDP

3.3Principlesofreliabledatatransfer

3.4Corniection-orientedtransport:TCP

3.4.1segmentstructure

3.4.2connectionmanagement

3.4.3reliabledatatransfer

3.4.4flowcontrol

3.4.5congestioncontrol

3<A金

3.1Transport-layerservices

?providelogicalcommunicationbetweenapp

processesrunningondifferenthosts

4transportprotocolsruninendsystems

>sendside:breaksappmessagesintosegments,

passestonetworklayer

>revside:reassemblessegmentsintomessages,

passestoapplayer

?morethanonetransportprotocolavailabletoapps

>Internet:TCPandUDP

logicalcommunication

hostAhostB

router1router2

APAP

AP

------------IP協(xié)議的作用范圍--------

運輸層協(xié)議TCP和UDP的作用范圍a

3.1Transport-layerservices

Transportvs.networklayer

?networklayer:logicalcommunicationbetweenhosts

?transportlayer:logicalcommunicationbetweenprocesses

>reliesonfenhances,networklayerservices

Householdanalogy:

12kidssendinglettersto12kids

?processes=kids

?appmessages=lettersinenvelopes

?hosts=houses

?transportprotocol=AnnandBill

?network-layerprotocol=postalservice

3.1Transport-layerservices6<A金

Internettransport-layerprotocols

?reliable,in-orderdelivery:TCP

>congestioncontrol

>flowcontrol

>connectionsetup

?unreliable,unordereddelivery:UDP

>no-frillsextensionof%'best-effort/,IP

?servicesnotavailable:

>delayguarantees

>bandwidthguarantees

?Multiplexing/demultiplexing

3.1Transport-layerservices7<A金

Multiplexing/demultiplexing

Multiplexingatsendhost：Demultiplexingatrevhost：

gatheringdatafrommultiplesockets,deliveringreceivedsegments

envelopingdatawithheadertocorrectsocket

(laterusedfordemultiplexing)

3.1Transport-layerservices8

Howdemultiplexingworks

?hostreceivesIPdatagrams

>eachdatagramhassource

IPaddress,destinationIP<-------------32bits--------------->

addresssourceport#destport#

>eachdatagramcarries1

transport-layersegmentotherheaderfields

>eachsegmenthassource,

destinationportnumber

(recall:well-knownportapplication

data

numbersforspecific(message)

applications)

?hostusesIPaddresses&port

numberstodirectsegmenttoTCP/UbPsegmentformat

appropriatesocket

3.1Transport-layerservices9

port

?為每個需要通信的應(yīng)用程序分配一個通訊端口(Port),在

TCP/IP中，其值為1?216,用于唯一標識一個進程；

?端口的分配有：

?熟知端口，數(shù)值一般為。?1023。

＞登記端口號，數(shù)值為1024?49151,為沒有熟知端口號的應(yīng)用程序

使用的。使用這個范圍的端口號必須在IANA登記，以防止重復。

＞客戶端口號或短暫端口號，數(shù)值為49152?65535,留給客戶進程選

擇暫時使用。當服務(wù)器進程收到客戶進程的報文時，就知道了客戶進

程所使用的動態(tài)端口號。通信結(jié)束后，這個端口號可供其他客戶進程

以后使用。

3.1Transport-layerservices1。

Chapter3outline

3.1Transport-layerservices

3.2Connectionlesstransport:UDP

3.3Principlesofreliabledatatransfer

3.4Connection-orientedtransport:TCP

>segmentstructure

>connectionmanagement

>reliabledatatransfer

>flowcontrol

>congestioncontrol

UDP:UserDatagramProtocol[RFC768]

?"nofrills,”“barebones55Internettransportprotocol

?“besteffort99service,UDPsegmentsmaybe:

>lost

>deliveredoutofordertoapp

?connectionless:

>nohandshakingbetweenUDPsender,receiver

>eachUDPsegmenthandledindependentlyofothers

WhyisthereaUDP?

?noconnectionestablishment(whichcanadddelay)

?simple:noconnectionstateatsender,receiver

?smallsegmentheader(8:20)

?nocongestioncontrol:UDPcanblastawayasfastasdesired

3,2Connectionlesstransport:UDP12

面向報文的UDP

?發(fā)送方UDP對應(yīng)用程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付IP層。

UDP對應(yīng)用層交下來的報文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報文的

邊界。

?應(yīng)用層交給UDP多長的報文，UDP就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個報文。

?接收方UDP對IP層交上來的UDP用戶數(shù)據(jù)報，在去除首部后就原封不動

地交付上層的應(yīng)用進程，一次交付一個完整的報文。

?應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報文。

applicationlayermessageapplicationlayer

UDPheaderUDPseqementdataTransportlayer

IPheaderIPpacketdataNetworklayer

13

UDP:more

?oftenusedforstreaming32bits

multimediaapps

sourceport#destport#

>losstolerantLength,in

bytesofUbP^^lengthchecksum

>ratesensitivesegment,

?otherUDPusesincluding

>DNSheader

>SNMPApplication

?reliabletransferoverUDP:data

addreliabilityatapplication(message)

layer

>application-specificUbPsegmentformat

errorrecovery!

(rememberitzlatercomparewithTCP)

3,2Connectionlesstransport:UDP14

UDPsegment

UDPSourcePort(16)UDPDestinationPort(16)

MessageLength(16)UDPChecksum(16)

DATA

UDP偽首部

SourceIPAddress(32)

DestinationIPAddress(32)

Zero(8)Protocol(8)UDPLength(16)

?Protocol—協(xié)議類型，UDP：17；

?UDPLength—首部+數(shù)據(jù)區(qū)的總長度，不包括偽首部。

?注意：偽首部并不包括在UDP報文中，使用偽首部是為了驗證UDP是否到達

正確的目的端：當目的端收到UDP包后，計算出校驗和，當與UDP包中校驗

和相同時，則說明該UDP包到達了正確的主機和正確的端口。

3.2Connectionlesstransport:UDPis

Example:UDPchecksum（檢驗和）

1001100100010011一153.19

040000100001101000一8.104

12字節(jié)

偽首部,11010101100000011->171.3

全017150000111000001011一14.11

8字節(jié)10：57130000000000010001一0和17

UDP首部”15全00000000000001111一15

0000010000111111一1087

7字節(jié)datadatadatadata

0000000000001101一13

數(shù)據(jù)datadatadata全0

0000000000001111一15

填條0000000000000000一0（檢驗和）

0101010001000101—>data

0101001101010100—>data

0100100101001110—>data

0100011100000000—>data,0（填充）

按二進制反碼運算求和1001011011101101一求和得出的結(jié)果

將得出的結(jié)果求反碼0110100100010010一檢驗和

Chapter3outline

3.1Transport-layerservices

3.2Connectionlesstransport:UDP

3.3Principlesofreliabledatatransfer

3.4Connection-orientedtransport:TCP

>segmentstructure

>connectionmanagement

>reliabledatatransfer

>flowcontrol

>congestioncontrol

17

3.3Principlesofreliabledatatransfer

3.3.1stop-and-waitprotocol

AB

?在發(fā)送完一個分組后，必須暫時保留

已發(fā)送的分組的副本。

?分組和確認分組都必須進行編號。

⑻無差錯情況?超時計時器的重傳時間應(yīng)當比數(shù)據(jù)在

分組傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些。

確認丟失和確認遲到

(a)確認丟失(b)確認遲到

3.3Principlesofreliabledatatransfer19

可靠通信的實現(xiàn)

?使用上述的確認和重傳機制，我們就可以在不

可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)可靠的通信。

?這種可靠傳輸協(xié)議常稱為自動重傳請求ARQ

(AutomaticRepeatreQuest)。

?ARQ表明重傳的請求是自動進行的。接收方

不需要請求發(fā)送方重傳某個出錯的分組。

3.3Principlesofreliabledatatransfer20

信道利用率

?停止等待協(xié)議的優(yōu)點是簡單，但缺點是信道利用

率太低。

3.3Principlesofreliabledatatransfer21

流水線(Pipeline)傳輸

?發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個分組，不必每發(fā)完一個分組就停

頓下來等待對方的確認。

?由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可

獲得很高的信道利用率。

3.3Principlesofreliabledatatransfer22

3.3.2連續(xù)ARQ協(xié)議

發(fā)送窗口

1|2|3|4|5%7|8|9|10|H|12

(a)發(fā)送令維持發(fā)送窗口(發(fā)送窗口是5)

發(fā)送窗口「口

??向刖

12|3|4|5|67|8|9|10|H|12

(b)收到二了確及后發(fā)送窗口向前滑動

噬獻

人

逐

個

不

發(fā)送

確認

按序

的

組

送確

認

強

到達

分

發(fā)

樣

是

最后

典±■

一

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重

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了

容

是

占

分

。

點

有

也

使

確

現(xiàn)

失