1、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)2012教案作者：段景山 楊寧 毛玉明2第六章 傳輸層傳輸服務(wù)傳輸協(xié)議要素傳輸協(xié)議實(shí)例性能問題3傳輸層服務(wù)屏蔽具體網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)和不同網(wǎng)絡(luò)差異，為上層提供與具體網(wǎng)絡(luò)無關(guān)的通信服務(wù)。功能各種網(wǎng)絡(luò)的適配，網(wǎng)絡(luò)通信的分流和復(fù)用、多個(gè)并發(fā)通信的管理、流量控制等。協(xié)議TCPUDPTP4傳輸層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層分流：用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳輸層的通信，提高傳輸層的通信速度復(fù)用：多個(gè)傳輸層的通信復(fù)用到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信上，可降低費(fèi)用。46.1 傳輸服務(wù)向用戶（應(yīng)用層進(jìn)程）提供有效、可靠且價(jià)格合理的服務(wù)面向連接的服務(wù) 無連接的服務(wù)5為什么需要傳送層應(yīng)用需求：在網(wǎng)絡(luò)上建立各種應(yīng)用文件共享(上傳下載等)、通信(

2、WWW、郵件、話音等）應(yīng)用所需的通信服務(wù)服務(wù)類型(可靠、靈活、實(shí)時(shí)等多種類型的要求）通信性能(高速率)服務(wù)質(zhì)量(質(zhì)量保證的約束限度：容量、延時(shí)、抖動(dòng)、可靠性)問題：網(wǎng)絡(luò)層的限制導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)層的功能滿足不了應(yīng)用層的需求處理網(wǎng)絡(luò)中的通信（選路，中繼、互聯(lián)等）只能提供基本、簡單的通信服務(wù)，遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用的需求NetNetNet應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用NetNetNetNetNetNetNetNetNetNetNetNet能否滿足應(yīng)用的需求？6網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS（Quality of Service）典型參數(shù)實(shí)現(xiàn)方式用戶傳輸數(shù)據(jù)前設(shè)定希望值和最小可接受的值選項(xiàng)協(xié)商用戶與網(wǎng)絡(luò)之間商定的服務(wù)質(zhì)量是否能滿足用戶

3、，不能滿足時(shí)又該怎樣解決連接建立延遲連接建立失敗的概率吞吐率傳輸延遲殘余誤碼率（安全）保護(hù)優(yōu)先級恢復(fù)功能7為什么需要傳送層當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)不能滿足用戶需要時(shí)：修改網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議軟件并不可行雖然用戶機(jī)器上的軟件自己可以改，以控制網(wǎng)絡(luò)行為但，承運(yùn)商不會放棄網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)（包括不會隨便修改網(wǎng)絡(luò)軟件）從用戶解決問題的角度在用戶機(jī)器上增加新的一層：傳送層克服網(wǎng)絡(luò)層的限制，補(bǔ)充和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)的不足NetNetNetNet應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用承運(yùn)商網(wǎng)絡(luò)TransTrans8為什么需要傳送層數(shù)據(jù)鏈路層面向連接的服務(wù)無連接的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層面向連接的服務(wù)無連接的服務(wù)傳輸層面向連接的服務(wù)無連接的服務(wù) 相連機(jī)器間 網(wǎng)絡(luò)間 用

4、戶間通信子網(wǎng)差異大用戶無法控制增強(qiáng)服務(wù)質(zhì)量（QoS）將通信子網(wǎng)的技術(shù)、設(shè)計(jì)和缺陷與上層相隔離適合多任務(wù)系統(tǒng)的進(jìn)程間通信控制如何設(shè)計(jì)傳送層多種服務(wù)類型傳送層用自己的協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)能力的擴(kuò)充考慮應(yīng)用的需求，提供多種傳送協(xié)議和服務(wù)類型主流傳送協(xié)議及相應(yīng)服務(wù)可靠傳送協(xié)議：Connection Mode，如TCP數(shù)據(jù)報(bào)傳送協(xié)議：Connectionless, 如UDP實(shí)時(shí)傳送協(xié)議：Real-time Transport，如RTP9TCPTPDUApp1App1App1App1TransportAddressNetworkAddressUDPRTPTCPUDPRTP10如何設(shè)計(jì)傳送層擴(kuò)充能力充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

5、以網(wǎng)絡(luò)能夠提供的最大能力實(shí)現(xiàn)傳送速率TCP：在滿足可靠性下，不斷試圖增加傳送速率UDP：以用戶的速率實(shí)現(xiàn)傳送，不考慮網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際能力RTP：以可能取得的最好的實(shí)時(shí)性工作挖掘網(wǎng)絡(luò)的潛力分流：將一個(gè)傳送流分流到若干網(wǎng)絡(luò)路徑上復(fù)用：將多個(gè)傳送流合并在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路徑上傳輸層網(wǎng)絡(luò)層復(fù)用分流注：傳送層的分流在實(shí)現(xiàn)上存在較大的難度，目前采用的主要技術(shù)是在應(yīng)用軟件上實(shí)現(xiàn)分流，如NetAnts、FlashGet、P2P等軟件Ant1Ant2Ant3Ant4Ant5NetAntsTCPTCP文件如何設(shè)計(jì)傳送層提高可靠性傳送層設(shè)計(jì)自己的可靠傳輸協(xié)議(連接模式)端-端的停等、回退N、選擇性重傳協(xié)議提高實(shí)時(shí)性確定實(shí)時(shí)性限度

6、：端-端延時(shí)測量端-端延時(shí)保障的協(xié)議(RTP)11傳送層傳送層數(shù)據(jù)應(yīng)答連接請求連接確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)TransTrans12傳輸服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)由實(shí)際網(wǎng)絡(luò)決定不直接面向用戶傳輸服務(wù)由用戶假定，隱藏網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的缺陷直接面向用戶，必須簡便、易用傳輸服務(wù)原語用戶訪問傳輸服務(wù)13簡單服務(wù)與套接字服務(wù)14面向連接的傳輸服務(wù)原語簡單原語套接字原語發(fā)送的TPDU含義SOCKET創(chuàng)建一個(gè)通信端點(diǎn)BIND套接字附加本地地址LISTEN宣布愿意接受連接，給出隊(duì)列大小LISTENACCEPT阻塞至連接嘗試到達(dá)CONNECTCONNECTCONN_REQ建立連接的嘗試SENDSENDDATA在連接上發(fā)送數(shù)據(jù)RECEIVER

7、ECEIVE在連接上接收數(shù)據(jù)DISCONNECTCLOSEDISCONN_REQ釋放連接156.2 傳送協(xié)議要素與數(shù)據(jù)鏈路層的類似之處兩點(diǎn)間通信（只有兩點(diǎn) vs 網(wǎng)絡(luò)上任意兩點(diǎn)）差錯(cuò)控制、流量控制、連接管理等與數(shù)據(jù)鏈路層的差異名稱：點(diǎn)-點(diǎn)信道 vs 端-端信道信道存儲效應(yīng)：單個(gè)報(bào)文 vs 復(fù)制為多個(gè)報(bào)文傳輸時(shí)延：固定 vs 大范圍、動(dòng)態(tài)報(bào)文順序：按序 vs 后發(fā)先至傳送層傳送層鏈路層鏈路層物理信道點(diǎn)-點(diǎn)信道端-端信道166.2.1 尋址（端到端）傳輸服務(wù)訪問點(diǎn) TSAP 標(biāo)識應(yīng)用程序主機(jī)2上的服務(wù)器進(jìn)程如何接收來自主機(jī)1應(yīng)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)？主機(jī)1上的應(yīng)用進(jìn)程如何知道主機(jī)2上服務(wù)器進(jìn)程的TSAP？1

8、7編址與尋址例瀏覽器中 /web3 :80 04 1500 5040 60 70 5268 58 20 bb5018ff ff10 b600 00GET /HTTP/1.1Accept: image/gif, image/x-bitmap,*/*Accept-Language: zh-cnAccept-Encoding: gzip, deflateUser-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0 Windows NT5.1; SV1;)Host: Connection: Keep-AliveCookie: =; _SessionID=請求報(bào)文字符串?dāng)?shù)據(jù)

9、字節(jié)DstTSAPSrcIP=DstIP=54SrcTSAP=1045(0415H)DstTSAP=80(0050H)Application Data54 Web3IP packetTPDU(TCP)APDU(http)18服務(wù)器進(jìn)程如何接收？方案各種服務(wù)預(yù)置固定不變的TSAP例：Telnet 23，SMTP 25，HTTP 80服務(wù)器進(jìn)程在相應(yīng)的TSAP上偵聽問題服務(wù)器進(jìn)程很多，但大多數(shù)很少使用，所有服務(wù)器進(jìn)程全天候偵聽浪費(fèi)解決進(jìn)程服務(wù)器：偵聽一系列TSAP名字服務(wù)器：偵聽一個(gè)TSAP114查號臺Linux：xinetd19進(jìn)程服務(wù)器20名字服務(wù)器查號臺服務(wù)器登記？216.2.2 傳送層協(xié)議

10、設(shè)計(jì)端端通信協(xié)議（模型上與鏈路層的點(diǎn)到點(diǎn)具有相似性）可以與網(wǎng)絡(luò)上任意位置的站點(diǎn)進(jìn)行通信通信范圍：鏈路層不可比端端通信的難點(diǎn)延時(shí)長、變化大雙方交流困難網(wǎng)絡(luò)存儲效應(yīng)應(yīng)答與發(fā)送錯(cuò)位大，任何動(dòng)作都有變化動(dòng)態(tài)范圍較大的延遲報(bào)文順序錯(cuò)亂順序控制復(fù)雜(接收整理、應(yīng)答等）網(wǎng)絡(luò)擁塞對網(wǎng)絡(luò)中間出現(xiàn)的長延遲、報(bào)文丟棄等反應(yīng)遲鈍傳送層傳送層端-端通信協(xié)議傳送層協(xié)議設(shè)計(jì)無連接協(xié)議(UDP)可向任意站點(diǎn)發(fā)送報(bào)文，不需要應(yīng)答能夠以自己最大的速率發(fā)送報(bào)文貪婪網(wǎng)絡(luò)擁塞的影響不知道網(wǎng)絡(luò)中將要、還是已經(jīng)發(fā)生擁塞過多的UDP應(yīng)用會使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行變得一團(tuán)糟網(wǎng)絡(luò)如何應(yīng)對過多的UDP，仍是一個(gè)難題22傳送層傳送層傳送層傳送層傳送層協(xié)議設(shè)計(jì)面向

11、連接的協(xié)議可以解決亂序、差錯(cuò)、重復(fù)等問題回退N，選擇性重傳，（停等協(xié)議不可用）協(xié)議更復(fù)雜可以與擁塞控制相結(jié)合實(shí)時(shí)性不夠建立連接發(fā)出的連接請求需要很長時(shí)間應(yīng)答響應(yīng)才能返回此間如果出現(xiàn)終止、不同用途的新連接請求就會出麻煩數(shù)據(jù)傳輸超時(shí)重傳、延遲的重傳可能造成對通信的破壞拆除連接發(fā)出拆除連接請求后，對方的很多數(shù)據(jù)已經(jīng)在路上了！23246.3 建立連接問題基本模型與鏈路層相似由通信子網(wǎng)不可靠造成長延時(shí)、存儲重復(fù)分組問題將使問題更為復(fù)雜長延時(shí)，發(fā)送方重啟新動(dòng)作可能產(chǎn)生誤會建立連接請求A建立連接請求B重啟連接確認(rèn)我來找你吧！不行，你來找我！好?。「淖冎饕?5建立連接重復(fù)分組的問題通信子網(wǎng)中存在重復(fù)分組重復(fù)的

12、分組可能會使對方誤會你將離開我嗎？嫁給我吧！不好啊嗯？嗯？不26延遲的重復(fù)分組產(chǎn)生的原因通信子網(wǎng)中可能存在延遲的重復(fù)分組的原因崩潰恢復(fù)：假設(shè)鏈路層采用重傳機(jī)制，當(dāng)RA發(fā)送一幀P后鏈路出錯(cuò)（RB妥收），RA另選路徑，并因?yàn)闆]有收到應(yīng)答而重傳P，在收端就得到重復(fù)分組路由器RA子網(wǎng)子網(wǎng)建立連接如果僅僅是長延遲，或重復(fù)分組，問題還不至于太復(fù)雜重復(fù)分組靠報(bào)文序號來判決長延遲利用按序到達(dá)來處理但是長延遲出現(xiàn)的重復(fù)分組2728端到端連接問題的關(guān)鍵通信子網(wǎng)中可能存在延遲的重復(fù)分組尤其糟糕的是前一連接的數(shù)據(jù)延遲到下一連接中出現(xiàn)比如：前一連接的序號3的報(bào)文長延遲到新連接中，而新連接目前只傳了兩個(gè)報(bào)文。解決初探每次

13、連接都使用新的TSAP 換地址，讓延遲的分組投遞不成功但，將導(dǎo)致“客戶/服務(wù)”方式失效為每個(gè)連接分配一個(gè)唯一的連接標(biāo)識符將導(dǎo)致每個(gè)傳輸實(shí)體長時(shí)間保持一定量的歷史信息29限制生命周期的方法限制子網(wǎng)規(guī)模防止分組進(jìn)入回路在每個(gè)分組內(nèi)設(shè)置一個(gè)站段計(jì)數(shù)器丟棄站段計(jì)數(shù)器值超過某個(gè)特定值的分組限制分組的生命周期重復(fù)的分組因過期而失效為每個(gè)分組加上時(shí)間戳丟棄超過預(yù)定時(shí)間的舊分組要求時(shí)鐘同步利用序號編排體制不需要時(shí)鐘同步30利用序號編排體制的技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，需要確定分組已無效對該分組的確認(rèn)也已無效基本思想： 確保在同一時(shí)刻永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)兩個(gè)序號相同的TPDU。31數(shù)據(jù)TPDU：基于時(shí)鐘的方法傳輸實(shí)體在發(fā)送每個(gè)TP

14、DU之前必須檢查該TPDU是否將進(jìn)入禁止區(qū)域是：延遲T秒，或重新同步序號32連接TPDU：三次握手采用三次握手，雙方充分商定各自的序號起始，以避開前次通信序號的“禁止區(qū)”336.2.3 釋放連接非對稱釋放任意一方均可釋放整個(gè)連接結(jié)果：可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失應(yīng)用：電話系統(tǒng)中一方掛機(jī)，丟失數(shù)據(jù)對稱釋放每個(gè)方向獨(dú)立釋放本方連接結(jié)果：仍能繼續(xù)接收數(shù)據(jù)應(yīng)用：固定的發(fā)送量，并知道何時(shí)發(fā)送完畢問題：兩軍問題34非對稱釋放35對稱釋放兩軍問題連接的雙方在確信對方也準(zhǔn)備釋放連接之前都不準(zhǔn)備斷開連接，那么連接將永遠(yuǎn)也得不到釋放36對稱釋放連接的4種情況（a）（b）37對稱釋放連接的4種情況（c）（d）38對稱釋放：半連通的連接產(chǎn)生的原因A的DR和所有N次重發(fā)均丟失時(shí)，A放棄重發(fā)并釋放連接B對A的釋放連接企圖一無所知，而處于連接有效狀態(tài)消除的方法A直到收到一個(gè)應(yīng)答后才能釋放連接問題：如果B超時(shí)釋放連接