第九章运输层要点课件.ppt
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1、2022/12/3,303教研室 张来顺,1,第九章 运输层,运输层协议概述TCP/IP体系中的运输层用户数据报协议UDP运输控制协议TCP,2022/12/3,303教研室 张来顺,2,运输层协议概述,运输层在层次体系结构中的地位,2022/12/3,303教研室 张来顺,3,运输层协议概述,2022/12/3,303教研室 张来顺,4,运输层协议概述,物理层使链路上能透明地传送比特流;链路层使各条链路能透明地传送无差错的帧(按序,无丢失,不重复)。点到点通信网络层提供路由选择和网络互连。主机间通信运输层提供一条端到端的可靠的通信服务。主机进程间通信,2022/12/3,303教研室 张来顺
2、,5,运输层协议概述,严格地讲,两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信;网络层为主机之间提供逻辑通信,IP协议虽然能够把分组送到目的主机,但是无法交付给主机中的应用进程;在网络层,IP数据报首部中的检验和字段,只检验首部是否出现差错而不检查数据部分;因此,在网络层之上,设置一个传输层向它上面的应用层提供通信服务。,2022/12/3,303教研室 张来顺,6,运输层协议概述,传输层的功能基本功能:提供端到端(进程-进程)的可靠通信,即向高层用户屏蔽通信子网的细节,提供通用的传输接口。主要功能:把传输地址映射为网络地址把端到端的传输连接复用到网络连接上传输连接管理端到端的顺序控制
3、、差错检测及恢复、分段处理及QoS监测加速数据传送,2022/12/3,303教研室 张来顺,7,运输层协议概述,运输层模型,2022/12/3,303教研室 张来顺,8,TCP/IP体系中的运输层,TCP/IP的运输层2个协议用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)运输控制协议TCP(Transmission Control Protocol),2022/12/3,303教研室 张来顺,9,TCP/IP体系中的运输层,UDPUDP是无连接的数据报服务。即UDP不提供可靠交付,但在某些情况下UDP是一种最有效的工作方式。注意UDP用户数据报与IP数据报的区别。IP数
4、据报要经过路由器的存储转发,UDP数据报是在运输层的端到端抽象的逻辑信道中传送的。但这个逻辑信道并不是经过路由器(运输层看不见路由器),UDP数据报只是IP数据报中的数据,因此路由器看不见有用户数据报经过它。,2022/12/3,303教研室 张来顺,10,TCP/IP体系中的运输层,TCPTCP提供面向连接的服务。IP层不保证报文正确传输,TCP进行超时、重传控制。报文不一定按顺序到达,TCP进行重新装配。TCP不提供广播或多播服务。注意TCP连接与网络层中虚电路(如X.25所使用的)的不同。TCP报文段是在运输层抽象的端到端逻辑信道中传送,这种信道是可靠的全双工信道。但这样的信道却不知道究
5、竟经过了哪些路由器。而在X.25 建立的虚电路所经过的交换结点中,都必须保存X.25虚电路的状态信息。,2022/12/3,303教研室 张来顺,11,TCP/IP体系中的运输层,TCP的功能多路复用多种应用数据TCP同时接收多个应用数据,把它们打包到数据段中传给IPTCP通过端口来实现跟踪记录到达的报文要转发到的应用程序(如端口80:超文本传输协议,http )测试所接收数据的完整性比较TCP头的校验和,如果出现问题就给源主机发一请求,要求其重发一份数据拷贝顺序化乱序接收的数据通过查看TCP头中的序列号域可以完成这个任务,2022/12/3,303教研室 张来顺,12,TCP/IP体系中的运
6、输层,速率-适应的流控流量控制使用的是TCP窗口大小。源和目的机的窗口大小通过TCP头进行通信如果机器的缓冲完全被填满,它就会发送一个有关最后收到数据的应答报文,其中新的窗口大小为0。这样会有效地使发送停止,直到拥塞的机器能清理掉其缓冲定时功能 计时器可以间接地管理网络拥塞,其方法是当超时出现时减慢传输率应答接收没被应答的数据段被认为在传输过程中已丢失,并被重传,2022/12/3,303教研室 张来顺,13,TCP/IP体系中的运输层,端口的概念什么是端口(Port)? 端口就是传输层的服务访问点(TSAP),用来区分不同的应用进程,运输层进行复用和分用。UDP和TCP都使用了与应用层接口处
7、的端口与上层的应用进程进行通信。应用层的各种进程是通过相应的端口与传输层实体进行交互。当传输层收到IP层交上来的数据(即TCP报文段或UDP数据报),就要根据其首部中的端口号来决定应当通过哪个端口上交给应当接收此数据的应用进程。,2022/12/3,303教研室 张来顺,14,TCP/IP体系中的运输层,端口在进程中的作用,2022/12/3,303教研室 张来顺,15,TCP/IP体系中的运输层,端口的复用和分用功能端口将应用层的不同进程区分开;使用复用和分用技术,使得运输层和网络层的交互看不见各种应用进程,而只有TCP报文段或UDP数据报;IP层也使用类似的复用和分用技术,因而网络层和数据
8、链路层的交互也只有IP数据报。传输层和应用层的接口上所设置的端口是一个16比特的地址,并用端口号进行标识。端口号分为两类:一类是因特网指派名字和号码公司ICANN负责分配给一些常用的应用层程序(标准服务器端)固定使用的熟知端口,其数值范围为1-1023。另一类则是一般端口,用来随时分配给请求通信的客户进程,其数值范围为1024-65535。,2022/12/3,303教研室 张来顺,16,TCP/IP体系中的运输层,常用熟知端口,2022/12/3,303教研室 张来顺,17,TCP/IP体系中的运输层,例:与主机C的SMTP建立三个连接 A与C先建立第一个连接,端口500端口25 A与C后建
9、立第二个连接,端口501端口25 同样,B与C建立第三个连接,端口500端口25,2022/12/3,303教研室 张来顺,18,TCP/IP体系中的运输层,端口号与IP地址结合使用为了在通信时不致发生混乱,必须将端口号与主机的IP地址结合在一起使用;TCP使用“连接”作为最基本的抽象,一个连接由它的两个端点来标识,这样的端点称为插口(socket),就是我们常说的“套接字”。插口包括IP地址(32比特)和端口号(16比特),共48比特;插口=(IP地址,端口号)在整个因特网中,在运输层通信的一对插口必须是唯一的;从上例可知:使用面向连接的TCP,就是建立一条端到端的虚连接。形成一对插口(13
10、1.6.23.13,501)和(130.42.85.15,25),2022/12/3,303教研室 张来顺,19,UDP,UDP只在IP的数据报服务之上增加了很少一点功能,就是端口的功能和差错检测的功能。无连接服务,减少了开销和发送数据之前的时延。UDP不使用拥塞控制,也不保证可靠交付,因此主机不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。UDP首部字段只有8个字节,比TCP的20字节的首部要短。由于UDP没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送效率降低。这些对某些实时应用是很重要的。这些应用,允许丢失一些数据,不允许数据有太大的时延。,2022/12/3,303教研室 张来顺,20,
11、UDP,使用UDP、TCP的应用及应用层协议,2022/12/3,303教研室 张来顺,21,UDP,UDP用户数据报首部格式,2022/12/3,303教研室 张来顺,22,UDP,UDP报文首部8个字节长度字段为整个报文的总长度校验和采用IP数据报首部的校验方式。对整个UDP报文计算。以16bit为单位,按二进制反码运算求和,得出的结果在求反码即为校验和。计算前校验和字段填“0”。增加伪首部仅计算校验和时使用。伪首部既不向下传递,又不向上移交。校验和既检查了UDP报源和目的端口号,又检查了IP数据报的源和目的地址。伪首部的第四字段值为17,表示IP报传送UDP报文。(协议字段),2022/
12、12/3,303教研室 张来顺,23,UDP,UDP数据报的封装,2022/12/3,303教研室 张来顺,24,UDP,UDP应用简单、简短的应用如查询操作、网络管理IP phone,利用UDP快捷的特点UDP以客户/服务器模式方式工作服务端:固定守候在特定port:x,提供服务客户端:动态绑定任意port:n,向服务器的port x发出请求,获得服务响应,2022/12/3,303教研室 张来顺,25,TCP,高层的许多应用需要传输大量的数据可靠的通信服务无法容忍IP 或 UDP提供的无可靠性保证的服务各种应用无法保证完全一致的可靠性方法TCP提供通用的、可靠的通信服务提供统一的数据流投递
13、服务接口支持同时双向通信,2022/12/3,303教研室 张来顺,26,TCP,两种通信方法报文流投递和接收的单位为报文可靠性:报文按序接收连续报文流,报文边界接收的报文:大小和顺序严格与发送方相同发送单位:报文,前后报文不能合并接收单位:报文数据流投递和接收的单位为byte可靠性:byte按序接收连续字节流、无边界接收的字节:顺序严格与发送方发送的顺序相同发送单位:数据块或逐字节,前后可合并接收单位:数据块或逐字节,2022/12/3,303教研室 张来顺,27,TCP,TCP可靠性保证采用面向连接的通信方式滑动窗口协议,以提高通信性能捎带应答方式未使用显示确认,减少报文种类TCP只有一种
14、报文格式完成建立、撤除连接数据传输确认、流量控制、窗口滑动,2022/12/3,303教研室 张来顺,28,TCP,TCP的端口、插点、连接端口号、插口的概念和方式与UDP相同端口(port):TCP/UDP端口统一由Socket管理和分配插口(end point):由(IP地址,端口)表示连接TCP上通信双方抽象的虚电路连接每个连接由连接的一对插口标识如:(IP1, port1)和(IP2, port2)标识唯一一个连接,2022/12/3,303教研室 张来顺,29,TCP,共享端口号情况(IP1, Port1) 和 (IP2, Port2)表示一个连接(IP1, Port1) 和 (IP
15、2, Port3)表示另一个连接TCP使用连接的一对插口来唯一标识一个连接两个连接只有在这四个值完全相同时,才认为是同一个连接适合C/S模型,服务器在一个端口上提供若干连接,2022/12/3,303教研室 张来顺,30,TCP,主动和被动建立连接TCP区分主动建立连接和被动建立连接主动建立连接 发起建立连接方,一般是客户方被动建立连接 接受建立连接方,一般是服务器方被动建立连接方一般先于主动连接方启动,但不发起连接建立过程,而是在某个端口上等待主动方的连接请求,2022/12/3,303教研室 张来顺,31,TCP,TCP通信面临的问题较长的网络传输时延(穿越多个网)采用滑动窗口协议(采用停
16、等协议性能非常低)高效利用网络通信资源报文丢失、重复、乱序滑动窗口控制顺序传输时延不定(端点远近差别很大)重传定时的动态确定网络拥塞探测拥塞问题、克服拥塞办法,2022/12/3,303教研室 张来顺,32,TCP,数据流、报文段和序号 TCP协议是面向字节的切割:根据适合传输的大小对数据流进行切割最大报文段长度64Kbytes通常:MTU(IP头TCP头)复原:用报文段恢复原始数据流的字节顺序序号:排序、查错及数据流复原,2022/12/3,303教研室 张来顺,33,TCP,报文序号依据数据流中的字节序号(流序号)报文序号为报文段中第一字节的流序号如:流序号x,长度L的报文段,则: 报文的
17、序号为x,下一报文序号为xL序号特点报文的顺序关系数据流的位置,更便于流的复原需较大的序号空间(32bit,4Gbyte),2022/12/3,303教研室 张来顺,34,TCP,例如:在一个报文中,序号为300,而报文中数据有100字节。下一个报文段,其序号为400;,第三组报文,第二组报文,第一组报文,2022/12/3,303教研室 张来顺,35,TCP,TCP的流量控制TCP采用可变发送窗口的技术进行流量控制,窗口大小的单位是字节。在TCP报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前设定的接收窗口数值。发送窗口在连接建立时由双方商定,在通信过程中,接收端可根据自己的资源情况,随时动态地调整自
18、己的接收窗口,并且告诉对方,使对方的发送窗口和自己的接收窗口一致。,2022/12/3,303教研室 张来顺,36,TCP,说明:发送端要发送的数据共9个报文段,每个报文符长100字节,共900个字节; 而接收端允许的发送窗口为500字节;在当前情况下,发送方可连续发送5个报文段,而不必收到时确认,(已发送了二个,还可发送三个报文符);,2022/12/3,303教研室 张来顺,37,TCP,利用可变窗口进行流量控制举例 主机A向主机B发送数据,双方商定的窗口值是400,每一个报文段为100字节,序号的初始值为1。主机B进行了3次流量控制。,2022/12/3,303教研室 张来顺,38,TC
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