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1、1,第六章网络传输服务（一）,2,6.1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,3,6.1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,4,1）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,5,什么是传输实体,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
2、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,6,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,7,点到点的传输 (Point-to-Point),AEnd,CEnd,BEnd,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,8,端到端的传输 (End-to-End),R1,R3,R2,A
3、End,A-to-B,C-to-A,CEnd,BEnd,9,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,10,2）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,11,3）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,
4、12,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,13,4）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,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。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
5、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。,15,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
6、（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,16,6.2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,17,1）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NSAPTSAP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）,18,2）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,19,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
7、缓冲区和一组协议机制外部表现为高可靠性,20,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,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,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,1.请求连接进程1,3. 进程1的TSAP,2.目录查询 获知TSA
8、P,客户机,服务器,固定/公开,23,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,24,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,25,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）,26,过时连接表,方法为每个连接分配连接标识符，存入TPDU当连
9、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,27,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,28,三次握手建立连接,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,29,三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
10、确认Data(seq=x+1,ACK=y+1),连接成功！,30,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！,31,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！,32,
11、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,33,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2,34,三次握手释放连接,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,35,三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
12、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,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,37,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,38,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
13、,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,39,4）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L2,40,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,41,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,42,分配缓冲区,发送0发送1发送2,接收0接收1丢
14、失,A,B,申请8个缓冲区,分配4个缓冲区,43,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2,44,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2,45,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,46,5）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,L3,47,6）崩溃恢复,什么是崩溃主机或路由器不能正常工作，造
15、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,48,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。,49,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,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-
16、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,51,崩溃前接收主机状态举例,ACW,AWC,CAW,CWA,WAC,WCA,52,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,53,重传最后的TPDU,ACW,AWC,CAW,CWA,WAC,WCA,54,不重传最后的TPDU,ACW,AWC,CAW,CWA,WAC,WCA,55,在S0状态下重传最后的TPDU,ACW,AWC,CAW,CWA,WAC,WCA,56,在S1状态下重传最后的TPDU,ACW,AWC,CAW,CWA,WAC,WCA,57,崩溃恢复差错情况,58,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,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？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？,
