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第六章 传送层

发布时间:2019-05-13 06:30 来源:未知 编辑:admin

  计算机通信网 第六章:传送层 作者:段景山 作者: 杨宁 毛玉明 传送层(Transport Layer) 第六章 传送层 传送服务 传送协议要素 传送协议实例 性能问题 2 概述 在网络上建立各种应用 文件共享(上传下载等 通信(邮件、话音等) 上传下载等)、 文件共享 上传下载等 、通信 、邮件、话音等) 网络提供的通信服务是否满足要求? 服务类型(可靠 灵活、实时等多种类型的要求) 可靠、 服务类型 可靠、灵活、实时等多种类型的要求) 通信性能(高速率 高速率) 通信性能 高速率 服务质量(质量保证的约束限度 容量、延时、抖动、可靠性) 质量保证的约束限度: 服务质量 质量保证的约束限度:容量、延时、抖动、可靠性 网络层的限制 处理网络中的通信(选路,中继、互联等) 处理网络中的通信(选路,中继、互联等) 只能提供基本、简单的通信服务, 只能提供基本、简单的通信服务,远不能满足应用的需求 应用 应用 应用 应用 应用 应用 能否满足应 用的需求? 用的需求? Net Net Net Net Net Net Net Net Net Net Net Net Net Net Net 3 概述 修改网络层协议软件是否可行 用户机器上的软件自己可以改, 用户机器上的软件自己可以改,以控制网络行为 承运商不会放弃网络的控制权(包括不会修改网络软件) 承运商不会放弃网络的控制权(包括不会修改网络软件) 用户解决问题的角度 在用户机器上增加新的一层: 在用户机器上增加新的一层:传送层 克服网络层的限制, 克服网络层的限制,补充和扩展网络层服务的不足 应用 应用 应用 应用 应用 应用 Trans Net Net Net Trans Net 4 承运商网络 传送服务— 传送服务—多种服务类型 传送层用自己的协议实现服务能力的扩充 考虑应用的需求, 考虑应用的需求,提供多种传送协议和服务类型 主流传送协议及相应服务 可靠传送协议: 可靠传送协议:Connection Mode,如TCP , 数据报传送协议: 数据报传送协议:Connectionless, 如UDP 实时传送协议: Transport, 实时传送协议:Real-time Transport,如RTP Transport Address TCP App1 TPDU App1 pp1 pp1 App1 A A App1 UDP RTP TCP UDP RTP Network Address 5 传送服务— 传送服务—扩充能力 充分利用网络资源 以网络能够提供的最大能力实现传送速率 TCP:不断试图增加传送速率 : UDP:以用户的速率实现传送,不考虑网络的实际能力 :以用户的速率实现传送, RTP:以可能取得的最好的实时性工作 : 分流:将一个传送流分流到若干网络路径上 分流: 复用: 复用:将多个传送流合并在一个网络路径上 传输层 网络层 分流 复用 挖掘网络的潜力 注:传送层的分流实现上存在较大的难度,目前采用的主要技术是在应 传送层的分流实现上存在较大的难度, 用软件上实现分流, NetAnts、FlashGet等软件 用软件上实现分流,如NetAnts、FlashGet等软件 Ant1 NetAnts TCP Ant2 Ant3 Ant4 TCP Ant5 文件 6 传送服务— 传送服务—提高服务质量 提升服务质量 提高可靠性 传送层设计自己的可靠传输协议(连接模式 连接模式) 传送层设计自己的可靠传输协议 连接模式 端的停等、 端--端的停等、回退 、选择性重传协议 端的停等 回退N、 提高实时性 Trans 确定实时性限度: 确定实时性限度:端--端延时测量 端延时测量 端延时保障的协议(RTP) 端--端延时保障的协议 端延时保障的协议 传送层 连接请求 连接确认 数据 应答 7 Trans 网络 传送层 6.2 传送协议要素 与数据链路层的类似之处 两点间通信( 网络上任意两点) 两点间通信(只有两点 vs 网络上任意两点) 差错控制、流量控制、 差错控制、流量控制、连接管理等 与数据链路层的差异 名称: 点信道 名称:点-点信道 vs 端-端信道 端信道 信道存储效应:单个报文 vs 多个报文 信道存储效应: 传输时延: 大范围、 传输时延:固定 vs 大范围、动态 包文顺序: 包文顺序:无 vs 后发先至 链路层 点-点信道 点信道 链路层 物理信道 传送层 传送层 端-端信道 端信道 8 6.2.1 编址与寻址 传输服务访问点 TSAP —— 标识应用程序 主机2 主机2上的服 务器进程如 何接收来自 主机1 主机1应用进 程的数据? 程的数据? 主机1 主机1上的应 用进程如何 知道主机2 知道主机2上 服务器进程 TSAP? 的TSAP? 9 编址与寻址 浏览器中 字符串 04 15 00 50 40 60 70 52 68 58 20 bb 50 18 ff ff 10 b6 00 00 数据字节 请求报文 GET /HTTP/1.1 Accept: image/gif, image/x-bitmap,…,*/* Accept-Language: zh-cn Accept-Encoding: gzip, deflate User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0 Windows NT5.1; SV1;…) Host: …=…SessionID=… 10 编址与寻址(提供给应用层的服务 编址与寻址 提供给应用层的服务) 提供给应用层的服务 连接模式(如TCP) cID=Connect(IN srcTSAP IN dstTSAP,IN NSAP) Send(IN cID, IN APDU) Recv(IN cID, OUT APDU) 无连接模式(如UDP) SendTo(IN srcTSAP IN dstTSAP,IN NSAP, IN APDU) RecvFrom(OUT srcTSAP, OUT dstTSAP,OUT NSAP, OUT APDU_Buf) browser SrcPort=1045 DstPort=80 DstIP=202.112.14.154 srcIP=own IP DstIP=202.112.14.154 ICI APDU 应用向传送 层的请求 TCP UDP Transport ICI HT APDU 传送层向网 络层的请求 IP 11 事例 了解传送层的工作特点 多个点到点 TSAP:源端标识应用软件,目的端标识服务 应用软件, :源端标识应用软件 目的端标识服务 网络地址(NSAP)、传送层地址的共同配合,惟一标识每个应用通信 网络地址 、传送层地址的共同配合, WWW user Administrator Browser1 Browser2 Telnet Telnet 1048 1045 1045 23 Web 80 TCP TCP TCP 12 To Any Web Server 6.2.2 传送层协议 端—端通信协议(回归链路层) 可以与网络上任意位置的站点进行通信 通信范围: 通信范围:链路层不可比 端—端通信的难点 延时长、变化大 延时长、 双方交流困难 网络存储效应 应答与发送错位大, 应答与发送错位大,任何动作都有较大的延迟 报文顺序错乱 顺序控制复杂(接收整理、应答等) 顺序控制复杂 接收整理、应答等) 接收整理 网络拥塞 对网络中间出现的长延迟、 对网络中间出现的长延迟、报文丢弃等反应迟钝 传送层 端-端通信协议 传送层 13 6.3 无连接协议 Connectionless Mode (UDP) 可向任意站点发送报文, 可向任意站点发送报文,不需要应答 能够以自己最大的速率发送报文 网络拥塞的影响 不知道网络中将要、 不知道网络中将要、还是已经发生拥塞 过多的UDP应用会使网络运行变得一团糟 过多的UDP应用会使网络运行变得一团糟 网络如何应对UDP,仍是一个难题 网络如何应对 , 传送层 传送层 传送层 传送层 14 6.4 连接模式传送层协议 Connection Mode (TCP) 回退N、 停等协议不可用!) 回退 、选择性重传 之一 (停等协议不可用!) 协议的问题 建立连接 发出的连接请求需要很长时间应答响应才能返回 发出的连接请求需要很长时间应答响应才能返回 连接请求需要很长时间应答响应 此间如果出现终止、 此间如果出现终止、不同用途的新连接请求就会出麻烦 数据传输 超时重传、 超时重传、延迟的重传可能造成对通信的破坏 拆除连接 发出拆除连接请求后,对方的很多数据已经在路上了! 发出拆除连接请求后,对方的很多数据已经在路上了! 15 6.4.1 建立连接 长延时,发送方重启新动作可能产生误会 改变 主意 重启 我来找你吧! 我来找你吧! 不行,你来找我! 不行,你来找我! 好啊! 好啊! 16 建立连接 关键问题 连接请求和应答的识别问题 问题的解决途径 每次重启, 每次重启,都用随机的起始序号开始 通过三次握手掌握对方的起始序号 x 重启 z y y x 主机1使用从x 主机1使用从x开始的序号 主机2使用从y 主机2使用从y开始的序号 17 建立连接 三次握手的分析 发送方: 发送方:CR0(seq=x) 只有对方CR1(seq, ack)中的 中的ack与x相符,才认作是正确 相符, 只有对方 中的 与 相符 的应答 接收方: 接收方:CR1(seq=y, ack=x) 只有对方的Data(seq,ack)中的 中的ack与y相符才认作是正确 只有对方的 中的 与 相符才认作是正确 的应答 假设: seq、ack用16bit表示,重启时随机取值,两次取同 、 表示, 用 表示 重启时随机取值, 一值概率为2 一值概率为 -16,即1/65536 18 6.4.2 数据传输 问题的关键 延迟的重复分组可能对通信子网造成破坏 你将离开我吗? 你将离开我吗? 嗯? 嫁给我吧! 嫁给我吧! 不 不 嗯? 好啊 19 数据传输 回退N协议会浪费信道资源 收到报文的顺序为1, , , , , , 收到报文的顺序为 ,2,7,4,5,6,3 将丢弃7, , , ,请求对方从4开始重传 开始重传4, , , 将丢弃 ,4,5,6,请求对方从 开始重传 ,5,6,7 选择性重传 收到1,2,7,4,5,6,3,对报文重排序即可 收到 , , , , , , , 但选择性重传存在选择性应答困难的问题 TCP的策略 在接收方重排序(接收窗口 在接收方重排序 接收窗口 1) 采用回退N的方式应答 采用回退 的方式应答 20 数据传输 拥塞控制 利用数据的应答测算网络的拥塞程度 不断测算平均往返时间T 不断测算平均往返时间 0 更新重传超时时间 Tmo = a*T0 (a 1) –能及时发送 发送窗口与重传关联 若发生重传,发送窗口降低50% 若发生重传,发送窗口降低 若有应答(非重传报文 非重传报文), 若有应答 非重传报文 ,发送窗口逐渐加大 使得发送速率与网络的拥塞、 使得发送速率与网络的拥塞、传输能力动态适应 调整发送窗口大小, 调整发送窗口大小,匹配当前的网络传输能力 不断试图增加发送能力 网络出现拥塞 网络从拥塞恢复 传送速率 时间 21 6.4.3 释放连接 非对称释放 任意一方均可释放整个连接 结果: 结果:可能导致数据丢失 应用例:电话系统中一方挂机,丢失数据 应用例:电话系统中一方挂机, 对称释放 两个方向独立释放本方连接 结果:一方释放连接后,仍能继续接收数据, 结果:一方释放连接后,仍能继续接收数据,保证数 据传输的完整性 问题:两军(蓝白军) 问题:两军(蓝白军)问题 22 非对称释放 非对称释放 任意一方均可释放整个连接 结果: 结果:可能导致数据丢失 应用例: 应用例:电话系统中一方挂 机,丢失数据 23 对称释放 释放过程 两个方向独立释放本方连接 结果:一方释放连接后, 结果:一方释放连接后,仍 能继续接收数据, 能继续接收数据,保证数据 传输的完整性 问题:两军(蓝白军) 问题:两军(蓝白军)问题 data data DR(我说完了) DR(我说完了) ACK data DR(我说完了) DR(我说完了) ACK A 24 B 对称释放 两军问题 连接的双方在确信对方也准备释放连接之前都不准备断开连接, 连接的双方在确信对方也准备释放连接之前都不准备断开连接, 那么连接将永远也得不到释放 25 对称释放连接的4种情况 对称释放连接的 种情况 (a) ) (b) ) 26 对称释放连接的4种情况 对称释放连接的 种情况 (c) ) (d) ) 27 对称释放: 对称释放:半连通的连接 产生的原因 A的DR和所有 次重发均丢失时,A放弃重发并释放 的 和所有 次重发均丢失时, 放弃重发并释放 和所有N次重发均丢失时 连接 B对A的释放连接企图一无所知,而处于连接有效状态 的释放连接企图一无所知, 对 的释放连接企图一无所知 消除的方法 A直到收到一个应答后才能释放连接 直到收到一个应答后才能释放连接 问题:如果 超时释放连接 超时释放连接, 将无法释放连接 问题:如果B超时释放连接,A将无法释放连接 任意一方在一段时间内没有收到任何TPDU,则自动 , 任意一方在一段时间内没有收到任何 释放连接 28 传送层小结 回归到链路层形式,但比链路层功能增强了 通信仍是两点之间 协议仍是无连接、 协议仍是无连接、连接模式 网络应用无法直接在网络层上实现 网络作为传送层的“信道”使传送层不象链路层 那么简单 延时、存储效应、乱序、 延时、存储效应、乱序、网络拥塞 无连接方式对网络造成拥塞, 无连接方式对网络造成拥塞,却无法感知 连接模式自主感知网络拥塞现象, 连接模式自主感知网络拥塞现象,动态适应 29 计算机通信网 感谢所有听课和完成作业的学生 是你们给我动力 让我完成课件的重新制作 让我从讲课中得到新的领悟

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