计算机网络(第5章)要点课件

计算机网络第第5章章 运输层运输层机械工业出版社机械工业出版社 ISBN 978-7-111-44520-3计算机网络本章学习内容及要求本章学习内容及要求了解了解套接字的作用套接字的作用熟悉熟悉运输层复用与分解的基本概念运输层复用与分解的基本概念 服务质量的基本概念服务质量的基本概念掌握掌握运输层协议基本功能的实现技术和方法运输层协议基本功能的实现技术和方法 实现可靠数据传输的网络协议的设计与分析方法实现可靠数据传输的网络协议的设计与分析方法 用户数据报用户数据报UDPUDP、传输控制协议传输控制协议TCPTCP的基本内容的基本内容 计算机网络5.1 运输层概述运输层概述5.1.1 运输层提供的服务运输层提供的服务5.1.2 运输层与相邻层的关系运输层与相邻层的关系5.1.3 运输服务质量和运输协议数据单元运输服务质量和运输协议数据单元计算机网络5.1.1 运输层提供的服务运输层提供的服务运输层为应用层提供可靠的运输服务运输层为应用层提供可靠的运输服务 运输层的位置在网络边缘，属于端到端的层次运输层的位置在网络边缘，属于端到端的层次运输层协议处在计算机网络中的端系统之间，为应用层提供可靠运输层协议处在计算机网络中的端系统之间，为应用层提供可靠的端到端的通信和运输连接的端到端的通信和运输连接运输层为高层用户屏蔽了通信子网（网络核心）的细节运输层为高层用户屏蔽了通信子网（网络核心）的细节运输层起着承上启下的功用运输层起着承上启下的功用 运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报文提供差错检测，包括文提供差错检测，包括:传输数据出错、传输数据丢失、应答数据丢失、重复、失序、超传输数据出错、传输数据丢失、应答数据丢失、重复、失序、超时等时等运输协议要为端系统提供流量控制，并对尽力交付的网络运输协议要为端系统提供流量控制，并对尽力交付的网络提供拥塞控制等。还有连接建立与连接释放、连接控制和提供拥塞控制等。还有连接建立与连接释放、连接控制和序号设置等序号设置等 计算机网络运输协议的复杂程度和底层网络的关系运输协议的复杂程度和底层网络的关系 图中用高度表示协议的复杂程度。可看出在应用层和运输层图中用高度表示协议的复杂程度。可看出在应用层和运输层的接口处，运输层必须为应用层提供可靠的端到端运输服务的接口处，运输层必须为应用层提供可靠的端到端运输服务若网络服务可以提供很好的质量，相应的运输协议就可以很若网络服务可以提供很好的质量，相应的运输协议就可以很简单，简单，反之若网络服务很差，对应的运输协议就很复杂反之若网络服务很差，对应的运输协议就很复杂 计算机网络5.1.2 运输层与相邻层的关系运输层与相邻层的关系 依据依据OSI对运输层抽象描述，运输层向应用层提供运输服务的是运输实对运输层抽象描述，运输层向应用层提供运输服务的是运输实体，使用运输服务的是运输服务用户体，使用运输服务的是运输服务用户运输服务用户可以是应用层中的各种应用进程，或是应用层实体运输服务用户可以是应用层中的各种应用进程，或是应用层实体运输层中的两个对等运输实体通过运输协议进行通信，运输层提供的运运输层中的两个对等运输实体通过运输协议进行通信，运输层提供的运输服务也使用了下面网络层向上提供的网络服务输服务也使用了下面网络层向上提供的网络服务计算机网络运输层协议和网络层协议的作用范围运输层协议和网络层协议的作用范围 网络层是为主机之间提供逻辑通信，运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信网络层是为主机之间提供逻辑通信，运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信计算机网络5.1.3 运输服务质量和运输协议数据单元运输服务质量和运输协议数据单元 运输层服务质量的参数有：运输层服务质量的参数有：连连接接建建立立延延迟迟；连连接接建建立立失失败败的的概概率率；吞吞吐吐率率；传传输输延迟；延迟；残余误码率；残余误码率；安全保护；安全保护；优先级；优先级；恢复功能恢复功能运输服务原语运输服务原语计算机网络TPDU与分组、帧的嵌套与分组、帧的嵌套运输服务原语用来描述运输用户如何访问运输服务运输服务原语用来描述运输用户如何访问运输服务运输服务需要运输协议，即运输协议数据单元运输服务需要运输协议，即运输协议数据单元TPDU来实现来实现 计算机网络5.2 运输层协议的要素运输层协议的要素5.2.1 网络中的寻址网络中的寻址5.2.2 运输层的复用与分用运输层的复用与分用5.2.3 运输连接的建立与释放运输连接的建立与释放5.2.4 运输协议实现的控制运输协议实现的控制计算机网络5.2.1 网络中的寻址网络中的寻址网络寻址是最重要的技术，是网络互连的关键网络寻址是最重要的技术，是网络互连的关键 网络中怎样寻址网络中怎样寻址 计算机网络中的主机（计算机设备）有网络连接标识计算机网络中的主机（计算机设备）有网络连接标识在因特网中用在因特网中用IP地址作为网络节点（计算机设备）的网络接口地址作为网络节点（计算机设备）的网络接口的连接标识的连接标识这些连接标识是一个逻辑地址，与计算机设备的物理这些连接标识是一个逻辑地址，与计算机设备的物理地址相联系地址相联系采用连接标识是为了寻址的方便采用连接标识是为了寻址的方便在计算机网络中必须使用逻辑地址才有可能实现计算机设备以在计算机网络中必须使用逻辑地址才有可能实现计算机设备以及网络的互连及网络的互连 计算机网络网络中的地址及层次对应网络中的地址及层次对应 计算机网络中有四种地址：计算机网络中有四种地址：域名地址、端口地址、域名地址、端口地址、IP地址、物地址、物理地址。理地址。自顶向下依次与应用层、运输层、网络层、数据链路自顶向下依次与应用层、运输层、网络层、数据链路层对应层对应 计算机网络网络地址的使用网络地址的使用 访问网络中的计算机设备，寻址最终要执行访问网络中的计算机设备，寻址最终要执行物理地址，才能找到网络中一个主机的位置物理地址，才能找到网络中一个主机的位置 网络地址之间的转换网络地址之间的转换 网络中寻址时需进行地址转换，需要用到地址转网络中寻址时需进行地址转换，需要用到地址转换（映射）协议换（映射）协议 域名地址通过域名服务器和域名解析协议域名地址通过域名服务器和域名解析协议(DNS)找到找到对应的对应的IP地址地址IP地址通过地址解析协议地址通过地址解析协议(ARP)找到对应的物理地址找到对应的物理地址 IP地址与端口地址构成套接字地址与端口地址构成套接字(Socket)，用于标识不，用于标识不同的应用服务进程同的应用服务进程 计算机网络5.2.2 运输层的复用与分用运输层的复用与分用 运输层一个很重要的功能就是运输层一个很重要的功能就是复用和分用（分解）复用和分用（分解）源主机的应用层的多个进程通过应用层和运源主机的应用层的多个进程通过应用层和运输层之间的不同端口向下递交到运输层输层之间的不同端口向下递交到运输层再向下复用到网络层，使用网络层提供的服务再向下复用到网络层，使用网络层提供的服务目的主机的运输层使用分用功能目的主机的运输层使用分用功能根据套接字标识，通过不同的端口号把报文分别根据套接字标识，通过不同的端口号把报文分别交付到相应的应用进程交付到相应的应用进程 计算机网络3个应用进程连接的复用和分用个应用进程连接的复用和分用 两台客户机主机两台客户机主机A、B，一台服务器主机一台服务器主机C，A有一个有一个HTTP进程与服务器连接，进程与服务器连接，B有两个有两个HTTP进程与服务器连接进程与服务器连接计算机网络5.2.3 运输连接的建立与释放运输连接的建立与释放 连接建立采用三次握手机制，连接释放采用四次握手连接建立采用三次握手机制，连接释放采用四次握手这里的一次握手其实讲的是协议数据单元从通信的一方传输到另一方，这里的一次握手其实讲的是协议数据单元从通信的一方传输到另一方，之所以采用三次握手，原因是下层网络服务是不可靠的之所以采用三次握手，原因是下层网络服务是不可靠的连接释放分为突然释放和文雅释放，无连接的服务使用突然释放，面连接释放分为突然释放和文雅释放，无连接的服务使用突然释放，面向连接的服务采用文雅释放向连接的服务采用文雅释放计算机网络面向连接的连接建立和释放状态图面向连接的连接建立和释放状态图 计算机网络5.2.4 运输协议实现的控制运输协议实现的控制 连接控制与缓冲管理连接控制与缓冲管理连接控制涉及到收发双方的同步连接控制涉及到收发双方的同步即接收方能够来得及接收到达的数据单元，能够区分即接收方能够来得及接收到达的数据单元，能够区分所接收的协议数据单元的边界所接收的协议数据单元的边界 发送方和接收方都要有足够的缓冲区存放协议数发送方和接收方都要有足够的缓冲区存放协议数据单元据单元网络协议要能够建立相应的缓冲区，分配和管理缓冲网络协议要能够建立相应的缓冲区，分配和管理缓冲区的大小，并在连接释放后立即释放所占用的缓冲区区的大小，并在连接释放后立即释放所占用的缓冲区差错控制差错控制、序号设置、序号设置、超时机制、超时机制 计算机网络5.3 实现可靠数据传输的网络协议设计实现可靠数据传输的网络协议设计5.3.1 可靠数据传输协议设计的基本概念可靠数据传输协议设计的基本概念5.3.2 滑动窗口协议描述滑动窗口协议描述5.3.3 理想的网络协议理想的网络协议5.3.4 停停-等协议等协议5.3.5 回退回退N协议协议5.3.6 选择重传协议选择重传协议5.3.7 3种可靠数据传输协议的比较种可靠数据传输协议的比较计算机网络5.3.1 可靠数据传输协议设计基本概念可靠数据传输协议设计基本概念可靠数据传输协议设计是学习网络的重要基础可靠数据传输协议设计是学习网络的重要基础网络协议设计的目的是：网络协议设计的目的是：实现网络中的可靠数据传输实现网络中的可靠数据传输RDT（reliability data transfer）对网络协议的描述对网络协议的描述可以通过滑动窗口协议可以通过滑动窗口协议可以使用有限状态机方法，描述协议状态的变化和跃迁可以使用有限状态机方法，描述协议状态的变化和跃迁可以使用形式化方法可以使用形式化方法也可以使用自然语言也可以使用自然语言也可以使用图形描述也可以使用图形描述 计算机网络可靠数据传输的服务模型和服务实现可靠数据传输的服务模型和服务实现 在具体实现可靠数据传输的运输协议时，是通过软件设计出函在具体实现可靠数据传输的运输协议时，是通过软件设计出函数、类或过程，来描述可靠数据传输协议数、类或过程，来描述可靠数据传输协议计算机网络5.3.2 滑动窗口协议描述滑动窗口协议描述 采用滑动窗口协议采用滑动窗口协议SWP（slide windows Protocol）描述协议的执行情况描述协议的执行情况其实真正意义上的滑动窗口在网络中是不存在的其实真正意义上的滑动窗口在网络中是不存在的采用滑动窗口可以比较形象地反映出网络中收、发采用滑动窗口可以比较形象地反映出网络中收、发双方之间传输协议数据单元时的流量控制、序号变双方之间传输协议数据单元时的流量控制、序号变化、以及协议机制的实现过程化、以及协议机制的实现过程给出直观清晰的图示，使得网络协议的设计更加方便、给出直观清晰的图示，使得网络协议的设计更加方便、更便于理解更便于理解滑动窗口可以采用等分的圆表示，每一等分的圆与滑动窗口可以采用等分的圆表示，每一等分的圆与协议数据单元的序号对应协议数据单元的序号对应也可以采用水平的由带序号的协议数据单元顺序排列的也可以采用水平的由带序号的协议数据单元顺序排列的带状表示带状表示 计算机网络 连续连续 ARQ 协议协议(1)123456789101112(a)(a)发送方维持发送窗口（发送窗口是发送方维持发送窗口（发送窗口是 5 5）发送窗口发送窗口计算机网络 连续连续 ARQ 协议协议(2)123456789101112(a)(a)发送方维持发送窗口（发送窗口是发送方维持发送窗口（发送窗口是 5 5）发送窗口发送窗口计算机网络 连续连续 ARQ 协议协议(3)123456789101112(a)(a)发送方维持发送窗口（发送窗口是发送方维持发送窗口（发送窗口是 5 5）发送窗口发送窗口计算机网络5.3.3 理想的网络协议理想的网络协议 在对网络协议进行设计时，采用的方法是在对网络协议进行设计时，采用的方法是先从理想网络情况开始先从理想网络情况开始假设数据在网络中：假设数据在网络中：不会出现差错、不会丢失不会出现差错、不会丢失能够按序到达能够按序到达接收方完全来得及接收到达的数据，不用进行流量接收方完全来得及接收到达的数据，不用进行流量控制控制也不用进行拥塞控制也不用进行拥塞控制 计算机网络理想网络传输协议理想网络传输协议当然这种理想网络是不存在的，当然这种理想网络是不存在的，之所以如此假设之所以如此假设，是想从最简，是想从最简单的网络协议设计入手，再逐步增加实际网络应用中会存在的、单的网络协议设计入手，再逐步增加实际网络应用中会存在的、需要网络协议解决的问题，最终设计出适用的网络协议需要网络协议解决的问题，最终设计出适用的网络协议 计算机网络5.3.4 停停-等协议等协议 停停-等（等（stop-wait）协议的基本思想是：）协议的基本思想是：在发送方每发送完一个协议数据单元后，就停止发送在发送方每发送完一个协议数据单元后，就停止发送等待接收方的确认信息，并把所发送过的数据的副本保留下来等待接收方的确认信息，并把所发送过的数据的副本保留下来若发送方从接收方收到的确认信息的肯定的若发送方从接收方收到的确认信息的肯定的例如例如ACK，则发送方按顺序接着发送下一个协议数据单元，则发送方按顺序接着发送下一个协议数据单元若收到的反馈信息是否定的，例如若收到的反馈信息是否定的，例如NAK则发送方就重新发送上次发送过的协议数据单元则发送方就重新发送上次发送过的协议数据单元停停-等协议符合数据等协议符合数据双向交替（半双工）通信的模型双向交替（半双工）通信的模型 计算机网络停停-等协议等协议PDU传输的几种情况传输的几种情况 若接收方收到一个重复序号的协议数据单元，就可以判定其刚若接收方收到一个重复序号的协议数据单元，就可以判定其刚发送的确认信息丢失。发送的确认信息丢失。若在给定的时间没有收到确认，就说明若在给定的时间没有收到确认，就说明出现丢失出现丢失计算机网络停停-等协议工作原理图等协议工作原理图 停停-等协议的算法等协议的算法：算法是解决问题的步骤算法是解决问题的步骤，依据算法可以，依据算法可以很容易的编写实现算法的程序，进行网络软件的设计很容易的编写实现算法的程序，进行网络软件的设计 计算机网络停停-等协议效率的计算等协议效率的计算 停停-等等协协议议的的信信道道利利用用率率U：Ut ft rt f(t ft out)t f(t f2 t p)，若若t f为为8s，t p为为15ms，可可以以计计算算出出U0.00027，可可以以看看出出停停-等等协协议议的的信信道道效效率率很低很低计算机网络5.3.5 回退回退N协议协议 累计确认与捎带确认累计确认与捎带确认回退回退N协议的基本原理是：协议的基本原理是：发送方可以连续发送落在发送窗口中多个协议数据单元发送方可以连续发送落在发送窗口中多个协议数据单元然后停止发送，等待接收方的确认然后停止发送，等待接收方的确认这时发送窗口大于这时发送窗口大于1 计算机网络回退回退N协议分析协议分析 可以将回退可以将回退N协议的序号范围划分为四个部分协议的序号范围划分为四个部分 计算机网络5.3.6 选择重传协议选择重传协议 人们考虑是否可以让接收方把所有收到的数据单元人们考虑是否可以让接收方把所有收到的数据单元都接收下来，若发生差错，只重新传输出现差错涉都接收下来，若发生差错，只重新传输出现差错涉及到序号的数据单元，以提高传输效率及到序号的数据单元，以提高传输效率减少不必要的重传，这就是选择重传协议的基本思路减少不必要的重传，这就是选择重传协议的基本思路 计算机网络选择重传协议分析选择重传协议分析 计算机网络选择重传协议不成立的示例选择重传协议不成立的示例 可能会出现的问题是，传送给接收方的可能会出现的问题是，传送给接收方的ACK0ACK6全部丢失了全部丢失了计算机网络5.3.7 3种可靠数据传输协议的比较种可靠数据传输协议的比较 停停-等协议的两个窗口的值均为等协议的两个窗口的值均为1回退回退N协议需要满足协议需要满足WrWt 2K，若不能满足，则滑，若不能满足，则滑动窗口协议不能成立动窗口协议不能成立对选择重传协议，接收窗口的值应满足对选择重传协议，接收窗口的值应满足Wr2K2，若，若大于此值，没有什么用处大于此值，没有什么用处 滑动窗口协议讲的是发送窗口在接收窗口的控制下滑动，只有滑动窗口协议讲的是发送窗口在接收窗口的控制下滑动，只有接收窗口向前滑动，同时也向发送方发送了确认信息后，发送接收窗口向前滑动，同时也向发送方发送了确认信息后，发送窗口收到确认信息后，才会向前滑动窗口收到确认信息后，才会向前滑动 计算机网络5.4 拥塞控制拥塞控制5.4.1 拥塞控制概述拥塞控制概述5.4.2 与拥塞控制有关的因素与拥塞控制有关的因素5.4.3 流量控制与拥塞控制流量控制与拥塞控制5.4.4 拥塞控制原理拥塞控制原理5.4.5 网络拥塞控制机制网络拥塞控制机制计算机网络5.4.1拥塞控制概述拥塞控制概述拥塞是不可避免的，但拥塞是要控制的拥塞是不可避免的，但拥塞是要控制的 在某段时间，如果在某一层协议的执行过程中，在某段时间，如果在某一层协议的执行过程中，对网络中的某一资源的需求超过了该资源所能对网络中的某一资源的需求超过了该资源所能够提供的可用部分，则表明这一资源在该段时够提供的可用部分，则表明这一资源在该段时间产生了拥塞间产生了拥塞造成拥塞的造成拥塞的4个主要原因个主要原因 出现资源拥塞的条件可用公式描述为：出现资源拥塞的条件可用公式描述为：对资源的需求对资源的需求 可用资源可用资源计算机网络5.4.2 与拥塞控制有关的因素与拥塞控制有关的因素规模规模、最优性最优性、公平系数公平系数、健壮性健壮性容易实现容易实现、仿真结构描述仿真结构描述、节点传输模型节点传输模型计算机网络5.4.3 流量控制与拥塞控制流量控制与拥塞控制 流流量量控控制制是是对一一条条通通信信路路径径上上的的流流量量进行行控控制制，其其目目的的是是保保证发送送者者的的发送送速速度度不不超超过接接收收者者的的接接收收速度速度流流量量控控制制只只涉涉及及一一个个发送送者者和和一一个个接接收收者者，涉涉及及到到两两个个节点点流量控制是局部控制流量控制是局部控制拥拥塞塞控控制制是是对对整整个个通通信信子子网网的的流流量量进进行行控控制制，其其目目的的是是保保证证通通信信子子网网的的流流量量与与资资源源相相匹匹配配，不不出出现现系系统性能恶化、甚至崩溃的局面统性能恶化、甚至崩溃的局面涉及到网络中多个节点（主机、路由器、交换机）涉及到网络中多个节点（主机、路由器、交换机）拥塞控制是全局控制拥塞控制是全局控制 计算机网络对拥塞控制产生影响的网络设计策略对拥塞控制产生影响的网络设计策略 计算机网络拥塞控制涉及到的层次拥塞控制涉及到的层次 拥塞控制涉及到的层次有拥塞控制涉及到的层次有数据链路层、网络层数据链路层、网络层和和运输层运输层 计算机网络5.4.4 拥塞控制原理拥塞控制原理 理论上说，拥塞控制有两类方法：理论上说，拥塞控制有两类方法：开环控制；闭环控制开环控制；闭环控制 开环开环的基本思想是：的基本思想是：通过良好的设计，避免拥塞问题的出现，力求网络通过良好的设计，避免拥塞问题的出现，力求网络在工作时不会发生拥塞，事先将有关发生拥塞的因在工作时不会发生拥塞，事先将有关发生拥塞的因素考虑周到素考虑周到闭环闭环是建立在反馈环路基础上的方法，在计算是建立在反馈环路基础上的方法，在计算机网络中常采用闭环控制方法。基本思想是：机网络中常采用闭环控制方法。基本思想是：通过反馈控制，在工作过程中动态控制拥塞通过反馈控制，在工作过程中动态控制拥塞 计算机网络闭环控制和开环控制闭环控制和开环控制 计算机网络目前常用的闭环拥塞控制方法目前常用的闭环拥塞控制方法 第一种是采用第一种是采用闭环反反馈回路回路把把拥塞信息反塞信息反馈给源源节点，点，调节源源节点点发送数据的速率送数据的速率第二种是在第二种是在协议包中包中设计拥塞控制位或字段塞控制位或字段把把拥塞塞控控制制信信息息放放在在协议字字段段中中，协议包包在在传输过程程中中经过节点点时，节点会知道网点会知道网络中的中的拥塞情况塞情况第三种是由网络中的节点第三种是由网络中的节点例例如如路路由由器器周周期期地地产产生生一一些些协协议议包包，告告知知或或询询问问网网络络中的拥塞情况中的拥塞情况 计算机网络拥塞控制描述拥塞控制描述 为了清晰标出为了清晰标出理想拥塞控制、无拥塞控制和实际拥塞控制理想拥塞控制、无拥塞控制和实际拥塞控制3个个曲线，在图中坐标曲线，在图中坐标0处将处将3个曲线画出一些间距个曲线画出一些间距计算机网络拥塞控制所起的作用拥塞控制所起的作用 输入负载输入负载吞吐量吞吐量理想的拥塞控制理想的拥塞控制实际的拥塞控制实际的拥塞控制0死锁（吞吐量死锁（吞吐量=0）无拥塞控制无拥塞控制拥塞拥塞轻度轻度拥塞拥塞计算机网络5.4.5 网络拥塞控制机制网络拥塞控制机制 反压反馈反压反馈、隐式拥塞控制、隐式拥塞控制、显式拥塞控制、显式拥塞控制、连接接纳控制、连接接纳控制(CAC)、基于许可证方法、基于许可证方法、通信量整形、通信量整形、负载丢弃、负载丢弃、拥塞、拥塞抑制抑制PDU、基于窗口的拥塞控制、基于窗口的拥塞控制、基于速率的流量控制、基于速率的流量控制、ATM网络中基于速率的拥塞控制网络中基于速率的拥塞控制 计算机网络通信量整形通信量整形 连接接纳控制连接接纳控制CAC控制控制方法属于开环方法，也称为拥塞预方法属于开环方法，也称为拥塞预防方法防方法基于许可证方法基于许可证方法，类似于对教室里听课人数的限制类似于对教室里听课人数的限制通信量整形通信量整形调整数据传输的平均速率、平缓通信量突发性调整数据传输的平均速率、平缓通信量突发性 计算机网络5.5 因特网中的运输层协议因特网中的运输层协议5.5.1 因特网运输层协议概述因特网运输层协议概述5.5.2 运输层的端口运输层的端口计算机网络5.5.1 因特网运输层协议概述因特网运输层协议概述需要明白因特网运输层协议有两个的原因需要明白因特网运输层协议有两个的原因TCP/IP协议簇的运输层协议满足不同的网络应用协议簇的运输层协议满足不同的网络应用TCP协议和协议和UDP协议协议计算机网络应用层协议对应的运输层协议应用层协议对应的运输层协议 计算机网络5.5.2 运输层的端口运输层的端口 端口在运输层与应用层的接口处，在运输协议数据单元端口在运输层与应用层的接口处，在运输协议数据单元TPDU中包含源端口号和目的端口号两个字段中包含源端口号和目的端口号两个字段依据依据OSI的描述，的描述，端口就是运输服务访问点端口就是运输服务访问点TSAP运输层的端口号用于区分不同的应用进程运输层的端口号用于区分不同的应用进程 套接字的结构套接字的结构计算机网络UDP的端口号的端口号(Port Numbers)应用进程之间的联系通过套接字应用进程之间的联系通过套接字计算机网络IP 地址与端口号的比较与联系地址与端口号的比较与联系计算机网络5.6 用户数据报协议用户数据报协议5.6.1 UDP的特点与作用的特点与作用5.6.2 UDP的协议格式的协议格式5.6.3 UDP的校验和的校验和计算机网络5.6.1 UDP的特点与作用的特点与作用UDP的特点与作用的特点与作用用户数据报协议用户数据报协议UDP是是TCP/IP协议簇中的无连协议簇中的无连接的运输层协议，只在接的运输层协议，只在IP数据报服务上增加很少数据报服务上增加很少的功能的功能UDP协议提供了端口号字段，可以实现应用进程协议提供了端口号字段，可以实现应用进程的复用和分用的复用和分用UDP协议也提供了校验和计算，可以实现包括伪协议也提供了校验和计算，可以实现包括伪协议头和协议头和UDP用户数据报的校验用户数据报的校验这里说的伪协议头，是讲校验计算的范围包括了网络这里说的伪协议头，是讲校验计算的范围包括了网络层层IP数据报的一部分内容数据报的一部分内容 计算机网络UDP的位置的位置计算机网络5.6.2 UDP的协议格式的协议格式 UDP的首部很简单的首部很简单只有只有8个字节开销，由个字节开销，由4个字段组成，每个字段都是两个字个字段组成，每个字段都是两个字节节 计算机网络用用Ethereal查看到的查看到的UDP协议格式协议格式UDP协议首部的字段如下：协议首部的字段如下：1）源端口，指）源端口，指16位的源端口号位的源端口号2）目的端口号，指）目的端口号，指16位的目的端口号位的目的端口号3）长度，指）长度，指UDP用户数据报的长度用户数据报的长度4）校验和，指将首部和数据部分一起检验，也包含伪首部）校验和，指将首部和数据部分一起检验，也包含伪首部计算机网络5.6.3 UDP的校验和的校验和UDP校验和的计算方法比较特别校验和的计算方法比较特别在计算校验和时要在在计算校验和时要在UDP数据报之前增加数据报之前增加12个字节的伪首部，所个字节的伪首部，所以称为伪首部是因为它并不是以称为伪首部是因为它并不是UDP真正的首部，只是在计算校验真正的首部，只是在计算校验和时使用和时使用伪首部临时与伪首部临时与UDP用户数据报连接在一起，形成临时的用户数据报连接在一起，形成临时的用户数据报，按照这个临时的用户数据报，按照这个临时的UDP用户数据报计算出校用户数据报计算出校验和验和UDP的校验和是把首部和数据部分一起检验的校验和是把首部和数据部分一起检验伪首部的第伪首部的第1、2个字段涉及到网络层个字段涉及到网络层IP分组中的分组中的IP地址地址字段内容字段内容。原因有两个：原因有两个：一是与应用进程联系套接字包含两个网络地址，即端口号和一是与应用进程联系套接字包含两个网络地址，即端口号和IP地地址址二是二是UDP是无连接的，需要增强是无连接的，需要增强UDP的可靠性的可靠性计算机网络计算计算UDP校验和的例子校验和的例子 计算机网络UDP的复用和分用的复用和分用计算机网络5.7 传输控制协议（传输控制协议（TCP）5.7.1 TCP的功能描述的功能描述5.7.2 TCP报文段的格式报文段的格式5.7.3 TCP连接与控制管理连接与控制管理5.7.4 TCP流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制5.7.5 TCP的重传机制的重传机制计算机网络5.7.1 TCP的功能描述的功能描述TCP协议的功能是屏蔽下面通信子网的差异协议的功能是屏蔽下面通信子网的差异TCP是最复杂的运输层协议是最复杂的运输层协议这体现了这体现了TCP/IP协议把复杂留在端系统，尽量使通信子网简单的协议把复杂留在端系统，尽量使通信子网简单的设计思想设计思想TCP协议采用字节流传输数据协议采用字节流传输数据传输的数据按字节编号传输的数据按字节编号由于采用双向同时传输由于采用双向同时传输采用捎带确认和累计确认，不用专门发送确认报文段，提高了传采用捎带确认和累计确认，不用专门发送确认报文段，提高了传输效率输效率TCP协议支持超时机制协议支持超时机制用确认和超时重传确保可靠传输用确认和超时重传确保可靠传输计算机网络TCP的位置的位置计算机网络TCP报文段传输的过程报文段传输的过程 计算机网络TCP的流交付的流交付计算机网络5.7.2 TCP报文段的格式报文段的格式协议首部的固定部分有协议首部的固定部分有20个字节，首部中各字段的设计体现个字节，首部中各字段的设计体现了了TCP协议的全部功能，协议首部的固定部分后面为选项部协议的全部功能，协议首部的固定部分后面为选项部分，可以是分，可以是4N个字节个字节计算机网络用用Ethereal查看到的查看到的TCP协议协议格式格式计算机网络TCP的控制位（的控制位（Control field）计算机网络5.7.3 TCP连接与控制管理连接与控制管理运输连接有三个阶段：运输连接有三个阶段：连接建立；数据传输；连接释放连接建立；数据传输；连接释放TCP连接与控制管理确保运输连接过程能够正常进行连接与控制管理确保运输连接过程能够正常进行 计算机网络5.7.4 TCP流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制TCP协议中的流量控制是通过协议数据单元中的协议中的流量控制是通过协议数据单元中的接收窗口字段接收窗口字段该字段给出接收方的接收缓冲区当前可用的字节数该字段给出接收方的接收缓冲区当前可用的字节数发送方可以发送报文段的字节数还与拥塞窗口有发送方可以发送报文段的字节数还与拥塞窗口有联系，拥塞窗口是由发送方根据自己估计的网络联系，拥塞窗口是由发送方根据自己估计的网络拥塞程度设置的，是来自发送方的流量控制和拥拥塞程度设置的，是来自发送方的流量控制和拥塞控制塞控制在实际应用时取两个窗口中的最小值作为发送方可以在实际应用时取两个窗口中的最小值作为发送方可以发送的字节数，满足下面公式：发送的字节数，满足下面公式：发送窗口上限值发送窗口上限值Minrwnd,cwnd Minrwnd,cwnd 计算机网络TCP拥塞控制拥塞控制 1999年在年在RFC 2581中给出了中给出了用于拥塞控制用于拥塞控制的的4种算法：种算法：慢开始；拥塞慢开始；拥塞避免；快重传；避免；快重传；快恢复快恢复 计算机网络TCP中采用的拥塞控制策略中采用的拥塞控制策略 拥塞避免算法的拥塞避免算法的设计思路设计思路是是拥塞窗口值超过阈值以后，按线性规律增加（加性增）拥塞窗口值超过阈值以后，按线性规律增加（加性增）拥塞窗口值，即每经过一个往返时延拥塞窗口值，即每经过一个往返时延RTT，拥塞窗口，拥塞窗口增加一个增加一个MSS的大小，使拥塞窗口缓慢增大的大小，使拥塞窗口缓慢增大拥塞的判断方法是拥塞的判断方法是发送方没有按时收到发送方没有按时收到ACKACK，或是收到了重复的，或是收到了重复的ACKACK此时需要把慢速启动门限值快速下降（乘性减），设置为出现此时需要把慢速启动门限值快速下降（乘性减），设置为出现拥塞时发送窗口值的一半拥塞时发送窗口值的一半然后把拥塞窗口值重新设置为然后把拥塞窗口值重新设置为1MSS1MSS，开始新一轮的慢，开始新一轮的慢速启动算法速启动算法 计算机网络TCP慢启动、加法增、乘法减的拥塞控制过程慢启动、加法增、乘法减的拥塞控制过程 计算机网络TCP快重传、快恢复的拥塞控制的过程快重传、快恢复的拥塞控制的过程 计算机网络5.7.5 TCP的重传机制的重传机制 若若在在传传输输过过程程中中出出现现错错误误，发发送送方方就就要要重重传数据单元传数据单元TCP在在每每发发送送一一个个报报文文段段时时，同同时时为为该该报报文文段段设置一次计时器，即启动超时机制设置一次计时器，即启动超时机制若若在在给给定定的的时时间间间间隔隔内内没没有有收收到到确确认认，就就需要重传该报文段需要重传该报文段超超时时控控制制的的时时间间间间隔隔值值的的设设置置是是比比较较重重要要和复杂的问题和复杂的问题TCPTCP的重传机制采用自适应算法的重传机制采用自适应算法 计算机网络5.8网络服务质量网络服务质量5.8.1 网络服务质量概述网络服务质量概述5.8.2 调度和管制机制调度和管制机制5.8.3 综合服务综合服务5.8.4 区分服务区分服务5.8.5 多协议标记交换多协议标记交换计算机网络5.8.1 网络服务质量概述网络服务质量概述网络服务质量用于提供不同的网络应用数据传输网络服务质量用于提供不同的网络应用数据传输QoS可以用基本的性能指标描述可以用基本的性能指标描述例如带宽（吞吐量）、时间延迟、抖动、分组丢失、实用性、例如带宽（吞吐量）、时间延迟、抖动、分组丢失、实用性、差错率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。差错率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。QoS要实现对带宽、延迟、抖动、分组丢失的控制和管要实现对带宽、延迟、抖动、分组丢失的控制和管理，可以根据不同的服务策略对网络中传输的分组区理，可以根据不同的服务策略对网络中传输的分组区别对待，构成区别服务体系结构，在相同类型分组通别对待，构成区别服务体系结构，在相同类型分组通过给定接口时，都提供同样的处理过给定接口时，都提供同样的处理QoS的综合目标就是：的综合目标就是：为网络中传输的分组提供可预测的服务层次为网络中传输的分组提供可预测的服务层次 计算机网络5.8.2 调度和管制机制调度和管制机制“调度调度”是指是指排队的规则排队的规则“管制管制”是指是指对数据流进行控制对数据流进行控制对数据流进行管制的指标有：对数据流进行管制的指标有：平均速率；峰值速率；突发长度。平均速率；峰值速率；突发长度。在控制队列中的最大时延应用中在控制队列中的最大时延应用中采用将漏桶机制与加权公平排队结合的方法采用将漏桶机制与加权公平排队结合的方法 计算机网络5.8.3 综合服务综合服务IntServ（Integrated service）的主要特点有两个：）的主要特点有两个：资源（链路带宽、缓存空间）预留，路由器需要知道资源（链路带宽、缓存空间）预留，路由器需要知道不断出现的会话已经预留的资源情况不断出现的会话已经预留的资源情况呼叫建立，在源站到目的站之间经过的每一个路由器呼叫建立，在源站到目的站之间经过的每一个路由器预留足够的资源预留足够的资源IntServ在源端对传输的分组进行处理，这种处理在源端对传输的分组进行处理，这种处理会在源端到目的端的路径上维持会在源端到目的端的路径上维持实现端到端的实现端到端的QoS，需要分组传输路径上的每一台网络，需要分组传输路径上的每一台网络设备（交换机、路由器）都参与设备（交换机、路由器）都参与QoS工作工作 计算机网络5.8.4 区分服务区分服务DiffServ体系结构，其要点是体系结构，其要点是在路由器中增加区分服务功能，尽量不改变网络的基在路由器中增加区分服务功能，尽量不改变网络的基础结构，复杂的分类、标记、处理和整形操作只需要础结构，复杂的分类、标记、处理和整形操作只需要在网络的边界或主机中实现在网络的边界或主机中实现网络资源按照服务提供策略分配给数据流网络资源按照服务提供策略分配给数据流 DiffServ将将IPv4分组头中分组头中8bit服务类型字段服务类型字段TOS和和IPv6中的通信量类字段中的通信量类字段COS重新定义为区分服务重新定义为区分服务字段字段DS利用利用DS字段值的不同表示不同等级的服务质量字段值的不同表示不同等级的服务质量计算机网络5.8.5 多协议标记交换多协议标记交换MPLS具有四个特殊功能：具有四个特殊功能：支持面向连接的服务质量；支持面向连接的服务质量；支持流量工程，平衡支持流量工程，平衡网络负载；网络负载；支持虚拟专用网支持虚拟专用网VPN；支持多种网络支持多种网络协议。协议。2001年年MPLS成为因特网的建议标准成为因特网的建议标准 MPLS的思路是的思路是在每个分组的头部增加一个称为标签的在每个分组的头部增加一个称为标签的MPLS字段。字段。分组在网络中的路由转发依据交换标签进行，将标签分组在网络中的路由转发依据交换标签进行，将标签做成路由转发表中一个索引值，通过对表的查询可以做成路由转发表中一个索引值，通过对表的查询可以较快完成路由过程，也容易实现在路径经过的节点上较快完成路由过程，也容易实现在路径经过的节点上预留资源预留资源当数据包要退出当数据包要退出MPLS网络时，数据包被解开封网络时，数据包被解开封装，继续按照装，继续按照IP包的路由方式到达目的地包的路由方式到达目的地 计算机网络5.9 小结小结运输层为高层用户屏蔽了下面通信子网（网络核心）的细节，把尽力交运输层为高层用户屏蔽了下面通信子网（网络核心）的细节，把尽力交付的不可靠的网络服务演变成为支持网络应用可靠的网络服务付的不可靠的网络服务演变成为支持网络应用可靠的网络服务运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报文提供差错检运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报文提供差错检测，包括传输数据出错、传输数据丢失、应答数据丢失、重复、失序、测，包括传输数据出错、传输数据丢失、应答数据丢失、重复、失序、超时等，超时等，运输协议要为端系统提供流量控制，运输协议要为端系统提供流量控制，并对尽力交付的网络提供并对尽力交付的网络提供拥塞控制等。还有连接建立与连接释放、连接控制和序号设置等拥塞控制等。还有连接建立与连接释放、连接控制和序号设置等 网络协议设计的网络协议设计的目的是实现网络中的可靠数据传输目的是实现网络中的可靠数据传输RDT（reliability data transfer），对网络协议的描述可以通过滑动窗口协议，也可以使用有限），对网络协议的描述可以通过滑动窗口协议，也可以使用有限状态机方法状态机方法拥塞控制方法有：连接接纳控制拥塞控制方法有：连接接纳控制CAC；基于许可证方法；通信量整形；基于许可证方法；通信量整形（traffic shaping）；负载丢弃；拥塞抑制；基于窗口的拥塞控制；基于）；负载丢弃；拥塞抑制；基于窗口的拥塞控制；基于速率的拥塞控制。讨论了速率的拥塞控制。讨论了ATM网络中基于速率的拥塞控制网络中基于速率的拥塞控制 TCP/IP协议簇的运输层协议有两个协议簇的运输层协议有两个:即即TCP协议和协议和UDP协议协议 QoS（Quality of Service）是为了实现持续的、可以预测和可靠的网络传）是为了实现持续的、可以预测和可靠的网络传输服务输服务