第六章-网络传输服务要点课件

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第六章,网络传输服务（一）,1,第六章网络传输服务（一）1,6.1,传输服务的地位和作用,6.2,传输协议的基本要素,6.3面向连接的TCP协议,6.4无连接的UDP协议,第六章,网络传输服务,2,6.1传输服务的地位和作用第六章网络传输服务2,6.1传输服务的地位和作用,1）,什么是传输服务,2）,传输层的地位,3）,传输层的必要性,4）,传输层的功能,3,6.1传输服务的地位和作用1）什么是传输服务3,1）什么是传输服务,为应用进程提供端到端的服务,增强网络层提供的服务质量QoS,应用进程,应用进程,网络层,网络层,传输实体,传输实体,TPDU,接口,接口,TSAP（传输地址）,NSAP（网络地址）,传输协议,4,1）什么是传输服务为应用进程提供端到端的服务应用进程应用进程,什么是传输实体,Transport Entity,在收/发两端的传输层实现对等实体通信的,硬件或软件,利用网络层提供的,点到点,的分组传输服务,向高层提供,端到端,的,TPDU,（,传输协议数据单元）传输服务,5,什么是传输实体Transport Entity5,软件,系统,硬件,系统,主机,总线,CPU,内存,外设,硬盘,网卡,打印,软盘,终端,操作系统,文字处理,通信网络,文件管理,开发工具,高级语言,设备驱动,应用软件,应用软件,传输实体的实现,用户进程,网络应用程序,OS,内核,网卡/子网接口,6,软件硬件主机 总线CPU内存外设硬盘网卡打印软盘终端,点到点的传输 (Point-to-Point),A,End,C,End,B,End,R1,R2,R3,A-to-R1,R3-to-R1,R1-to-R2,R2-to-B,R1-to-R2,R3-to-R2,C-to-R3,R1-to-A,7,点到点的传输 (Point-to-Point)ACBR1R2,端到端的传输 (End-to-End),R1,R3,R2,A,End,A-to-B,C-to-A,C,End,B,End,8,端到端的传输 (End-to-End)R1R3R2AA-to,Frame,Packet,TPDU,TPDU,传输协议数据单元TPDU,Data,Data,Data,Packet,TPDU,Data,传输层的数据封装,9,FramePacketTPDUTPDU传输协议数据单元TPD,2）传输层的地位,传输层,Transport,传输层,Transport,OSI上三层,OSI上三层,OSI下三层,OSI下三层,用户进程管理,通信子网,向上提供标准的传输服务向下屏蔽不同的通信子网,10,2）传输层的地位传输层传输层OSI上三层OSI上三层OSI下,3）传输层的必要性,网络层的分组传输是不可靠的,无法确定数据到达终点的时间,子网中各站点存储转发的随机性,无法确定数据未达终点的状态,丢失/延迟/即刻到达,有必要增强网络层提供的服务质量,11,3）传输层的必要性网络层的分组传输是不可靠的11,连接建立的延迟,连接建立失败的概率,吞吐率(Byte/s),传输延迟,残余误码率,保护,优先级,恢复,传输层服务质量的典型参数,请求,确认,主机A,主机B,数据,A,B,12,连接建立的延迟传输层服务质量的典型参数请求确认主机A主机B数,4）传输层的功能,端到端的连接管理,建立连接,数据传输,释放连接,流量控制,差错控制,L4,与L2的比较,13,4）传输层的功能端到端的连接管理13,TCP,连接的状态,一条TCP连接在其生命期内会经历一系列的状态。这些状态有：,LISTEN,：,正在等待一个来自任何远程TCP和端口的连接请求。,SYNSENT,：,在已经发出一个连接请求后正在等待一个匹配的连接请求,SYNRECEIVED,：,在已经收到并发出了一个连接请求后等待一个证实连接请 求的确认。,ESTABLISHED,：,一个打开的连接。通过此连接接收到的数据能够被传递到用户。该状态是此连接的数据传输阶段的正常状态。,FINWAIT1,：,正在等待一个针对先前发送的连接终止请求的确认。,FINWAIT2,：,正在等待一个来自远程TCP的连接终止请求。,CLOSEWAIT,：,正在等待一个来自本地用户的连接终止请求,CLOSING,：,正在等待一个来自远程TCP的连接终止请求的确认。,LASTACK,：,正在等待一个先前发往远程TCP的连接终止请求的确认（包括对其连接终止请求的确认）,TIMEWAIT,：,等足够的时间以确保远程TCP接收到了其连接终止请求的确认,CLOSED,：,根本不存在连接的状态。,14,TCP连接的状态一条TCP连接在其生命期内会经历一系列的状态,L2,物理通信信道,L4与L2的比较,功能相似,流量控制,差错控制,数据（报文/帧）排序,传输环境不同,通信子网的存储能力,L4,通信子网,主机,15,L2L4与L2的比较功能相似L4通信子网主机15,6.2传输协议的基本要素,1）,标识端点,（传输用户）,2）,建立连接,3）,释放连接,4）,流量控制和缓冲策略,5）,多路复用,6）,崩溃恢复,16,6.2传输协议的基本要素1）标识端点 （传输用户）16,1）标识端点,需要实现传输用户的全网唯一标识,定义端点地址,NSAP,TSAP,主机地址,应用进程,网络层,传输实体,接口,接口,TSAP（传输地址）,NSAP（网络地址）,17,1）标识端点需要实现传输用户的全网唯一标识应用进程网络层传输,2）建立连接,传输连接的概念,识别接收方端点TSAP,建立连接面临的问题,重复连接问题的解决办法,18,2）建立连接传输连接的概念18,传输连接的概念,概念,面向应用层需要传输服务的进程,在两个传输用户之间建立逻辑联系,承认对方是自己的传输连接端点,表象,内部表现为一些缓冲区和一组协议机制,外部表现为高可靠性,19,传输连接的概念概念19,识别接收方端点TSAP,连接的发起方如何确定对方的TSAP?,静态分配TSAP,每个用户进程拥有固定的、公开的TASP,每个用户进程始终侦听TSAP,动态分配TSAP（用C/S方式）,进程服务器,，统一处理传输连接请求,名字（或目录）服务器,20,识别接收方端点TSAP连接的发起方如何确定对方的TSAP?2,进程服务器,用户进程,服务器进程1,进程服务器,服务器进程n,1.请求连接进程1,3. 进程1的TSAP,2.装载进程1,分配TSAP,客户机,服务器,固定/公开,初始连接协议,21,进程服务器用户进程服务器进程1进程服务器服务器进程n1.请求,名字（目录）服务器,用户进程,服务器进程1,名字服务器,服务器进程n,1.请求连接进程1,3. 进程1的TSAP,2.目录查询,获知TSAP,客户机,服务器,固定/公开,22,名字（目录）服务器用户进程服务器进程1名字服务器服务器进程n,confirm,建立连接面临的问题,request,confirm,indication,response,超时,request,re-request,indication,indication,response,response,confirm,正常连接,重复连接,23,confirm建立连接面临的问题requestconfirm,重复连接的解决办法,非重复TSAP,过时连接表,分组的TTL机制,三次握手机制,24,重复连接的解决办法非重复TSAP24,非重复TSAP,方法,系统为每次连接赋予一个新的TSAP,当连接被释放时将此TSAP废弃,问题,不支持C/S动态连接方式（没有公认的TSAP地址概念）,25,非重复TSAP方法25,过时连接表,方法,为每个连接分配连接标识符，存入TPDU,当连接被释放时，将此连接信息存入过时连接表,每个新的连接请求到达时，根据标识符核对过时连接表，如已过时则视为重复连接,问题,需要保留历史记录，不适应突变情况,26,过时连接表方法26,分组的TTL机制,方法,定义和计数每个分组的生存时间TTL,超时未达目的地，视为陈旧分组，被抛弃,问题,消除重复连接请求需要依赖子网完成,网络层分组传输的不可靠性,27,分组的TTL机制方法27,三次握手建立连接,Three-way handshaking,正常建立连接过程,对重复连接的处理,重复CR,重复CR与重复ACC并存,28,三次握手建立连接Three-way handshaking2,三次握手建立连接过程,连接请求,CR(SYN,seq=x),接受连接，回送确认,ACC(SYN,seq=y,ACK=x+1),主机A,主机B,发送数据，回送确认Data(seq=x+1,ACK=y+1),连接成功！,29,三次握手建立连接过程连接请求接受连接，回送确认主机A主机B,重复连接请求CR,重复连接请求,CR(SYN,seq=x),接受连接，回送确认ACC(SYN,seq=y,ACK=x+1),主机A,主机B,已建立连接，seq=z,拒绝连接，回送确认REJECT( ACK=y),x是重复连接请求，放弃连接！,30,重复连接请求CR 重复连接请求接受连接，回送确认ACC(SY,重复CR与重复ACK,重复,CR(seq=x),接受连接，回送确认ACC(seq=y, ACK=x+1),主机A,主机B,拒绝连接，回送确认REJECT( ACK=y),重复,Data(seq=x, ACK=z),应该ACK=y+1，实际ACK=z，重复！,x是重复连接请求，放弃连接！,31,重复CR与重复ACK 重复接受连接，回送确认ACC(seq=,3）释放连接,非对称释放,发送释放请求后单方终止连接,有可能丢失对方发送的数据,对称释放,各自独立发出释放连接请求,收到对方的释放确认之后才可释放连接,Two-army,问题,32,3）释放连接非对称释放32,Two-army Problem,通信兵穿越白军防地，不可靠通信,蓝军2不知道蓝军1是否收到确认，不能贸然行动,采用“三次握手”机制,发送同时进攻的建议,接受同时进攻的建议,收到对方的确认,蓝军1,蓝军2,33,Two-army Problem通信兵穿越白军防地，不可靠通,三次握手释放连接,正常释放连接,非正常情况,最后的确认TPDU丢失,应答TPDU丢失,应答及后续释放请求DR丢失,34,三次握手释放连接正常释放连接34,三次握手正常释放连接,发送释放请求DR FIN,seq=x 启动计时器 进入Fin-Wait-1状态,发送释放请求DR FIN,seq=y,ACK=x+1启动计时器,主机A,主机B,释放连接,回送确认ACK,释放连接,Seq=y,ACK=x+1,进入Fin-Wait-2状态 半关闭状态,35,三次握手正常释放连接发送释放请求DR FIN,seq=x,最后的确认TPDU丢失,发送释放请求DR启动计时器,发送释放请求DR启动计时器,主机A,主机B,释放连接,回送确认ACK,（超时）释放连接,丢失,36,最后的确认TPDU丢失发送释放请求DR启动计时器发送释放请求,应答TPDU丢失,（超时）,重发释放请求DR启动计时器,发送释放请求DR启动计时器,主机A,主机B,释放连接,回送确认ACK,释放连接,发送释放请求DR启动计时器,发送释放请求DR启动计时器,丢失,37,应答TPDU丢失（超时）发送释放请求DR启动计时器主机A主机,应答和后续请求丢失,（超时）,发送释放请求DR启动计时器,主机A,主机B,发送释放请求DR启动计时器,发送释放请求DR启动计时器,丢失,（超时）释放连接,（N个超时）释放连接,38,应答和后续请求丢失（超时）主机A主机B发送释放请求DR启动计,4）流量控制和缓冲策略,流量控制（调整收/发速率）,滑动窗口协议,缓冲策略,L2,发送方缓冲区：准备重传,接收方缓冲区：准备排序,L4,通信子网的随机特性，不同于L2,39,4）流量控制和缓冲策略流量控制（调整收/发速率）39,传输层的缓存策略和管理,缓存方式和策略,缓冲区的动态分配和管理,发送方申请/接收方分配,接收方在应答中夹带新的分配信息,阻塞,潜在死锁,40,传输层的缓存策略和管理缓存方式和策略40,缓存方式和策略,方式,固定大小,可变大小,为每个连接建立一个大的循环缓冲区,策略,发送方建缓冲区：适于低速突发信息传输,接收方建缓冲区：适于高速平稳信息传输,41,缓存方式和策略方式41,分配缓冲区,发送0发送1发送2,接收0接收1,丢失,A,B,申请8个缓冲区,分配4个缓冲区,42,分配缓冲区发送0发送1发送2,改变缓冲区,发送3发送4,接收3接收4,A,B,应答数据0和1分配3个缓冲区,超时重传2,接收2,43,改变缓冲区发送3发送4接收3,阻塞,发送5发送6,接收5接收6,A,B,应答数据4，缓冲区0,应答数据4，缓冲区1,应答数据4，缓冲区2,44,阻塞发送5发送6接收5接收6,潜在死锁,A,B,应答数据6，缓冲区0,应答数据6，缓冲区4,丢失,保持阻塞状态,等待分配缓冲区,等待接收数据,用定时报告解除,45,潜在死锁AB应答数据6，缓冲区0,5）多路复用,向上多路复用,多个传输连接复用同一个网络连接,向下多路复用,一个传输连接在多个网络连接上循环传输,L5,L4,L3,L5,L4,L3,46,5）多路复用向上多路复用L5L4L3L5L4L346,6）崩溃恢复,什么是崩溃,主机或路由器不能正常工作，造成TPDU传输过程中断,什么是崩溃恢复,恢复崩溃前的工作状态，继续TPDU传输,崩溃恢复需要解决的问题,崩溃前发送的最后一个TPDU是否需要重传,解决办法,47,6）崩溃恢复什么是崩溃47,崩溃恢复的解决办法,崩溃前的状态,发送主机的状态,接收主机的状态,发送主机对最后TPDU的处理,结论,崩溃恢复工作必须由更高层次（应用层）来完成。,48,崩溃恢复的解决办法崩溃前的状态48,last,last,ACK,崩溃前发送主机的状态,S0,最后一个TPDU已被确认,S1,最后一个TPDU未被确认,49,lastlastACK崩溃前发送主机的状态S049,崩溃前接收主机的状态,举例：收到TPDU后，回送确认，进行写操作,工作顺序,AW：先回送确认，再进行写操作,WA：先进行写操作，再回送确认,崩溃前状态,AC(W)：确认-崩溃-未写,AWC： 确认-写-崩溃,C(AW)：崩溃-未确认/写,举例,WC(A)：写-崩溃-未确认,WAC： 写-确认-崩溃,C(WA)：崩溃-未写/确认,50,崩溃前接收主机的状态举例：收到TPDU后，回送确认，进行写操,崩溃前接收主机状态举例,A,C,W,AW,C,C,AW,C,WA,WA,C,W,C,A,51,崩溃前接收主机状态举例ACWAWCCAWCWAWACWCA5,发送主机对最后TPDU的处理,重传策略,重传,不重传,在S0状态下重传,在S1状态下重传,重传策略的差错比较,52,发送主机对最后TPDU的处理重传策略52,重传最后的TPDU,A,C,W,AW,C,C,AW,C,WA,WA,C,W,C,A,53,重传最后的TPDUACWAWCCAWCWAWACWCA,不重传最后的TPDU,A,C,W,AW,C,C,AW,C,WA,WA,C,W,C,A,54,不重传最后的TPDUACWAWCCAWCWAWACWCA,在S0状态下重传最后的TPDU,A,C,W,AW,C,C,AW,C,WA,WA,C,W,C,A,55,在S0状态下重传最后的TPDUACWAWCCAWCWAWAC,在S1状态下重传最后的TPDU,A,C,W,AW,C,C,AW,C,WA,WA,C,W,C,A,56,在S1状态下重传最后的TPDUACWAWCCAWCWAWAC,崩溃恢复差错情况,57,崩溃恢复差错情况57,课程总结,传输层的地位和作用,提供通信服务的最高层（端到端）,传输实体/传输协议数据单元TPDU,传输协议的基本要素,标识端点（NSAP, TSAP, 主机地址）,建立连接：三次握手,释放连接：三次握手,滑动窗口流控/动态分配缓冲区,多路复用和崩溃恢复,58,课程总结传输层的地位和作用58,思考题,传输层的主要功能是什么，与应用层和网络层是什么关系？,如何实现端到端的传输用户（进程）寻址？,建立连接的主要问题是什么，如何解决？,释放连接的主要问题是什么，如何解决？,比较传输层与数据链路层实现流量控制的异同。,崩溃恢复需要解决什么问题？,59,思考题传输层的主要功能是什么，与应用层和网络层是什么关系？5,