3-运输层

运输层1第3章运输层TransportLayer计算机网络：自顶向下方法(原书第四版)陈鸣译，机械工业出版社，2009年ComputerNetworking:ATopDownApproach4thedition.JimKurose,KeithRossAddison-Wesley,July2007.运输层2第3章:运输层我们的目的:理解运输层服务依据的原理:复用/分解可靠数据传输流量控制拥塞控制学习因特网中的运输层协议：UDP:无连接传输TCP:面向连接传输TCP拥塞控制运输层3第3章要点3.1运输层服务3.2复用与分解3.3无连接传输:UDP3.4可靠数据传输的原则rdt1rdt2rdt3流水线协议3.5面向连接的传输:TCP报文段结构可靠数据传输流量控制连接管理3.6拥塞控制的原则3.7TCP拥塞控制机制TCP吞吐量TCP公平性时延模型运输层4运输服务和协议在运行不同主机上应用进程之间提供逻辑通信运输协议运行在端系统中发送方：将应用报文划分为段，传向网络层接收方：将段重新装配为报文，传向应用层应用可供使用的运输协议不止一个因特网：TCP和UDPapplicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical运输层5运输层vs.网络层网络层:主机间的逻辑通信运输层:进程间的逻辑通信依赖、强化网络层服务家庭类比:12个孩子向12个孩子发信进程=孩子应用报文=信封中的信主机=家庭运输协议=Ann和Bill网络层协议=邮政服务运输层6因特网运输层协议可靠的、按序的交付(TCP)拥塞控制流量控制连接建立不可靠、不按序交付:UDP“尽力而为”IP的不提供不必要服务的扩展不可用的服务:时延保证带宽保证applicationtransportnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical运输层7第3章要点3.1运输层服务3.2复用与分解3.3无连接传输:UDP3.4可靠数据传输的原则rdt1rdt2rdt3流水线协议3.5面向连接的传输:TCP报文段结构可靠数据传输流量控制连接管理3.6拥塞控制的原则3.7TCP拥塞控制机制TCP吞吐量TCP公平性时延模型运输层8Internet层的复用与分解运输层9复用/分解应用层运输层网络层链路层物理层P1应用层运输层网络层链路层物理层应用层运输层network链路层物理层P2P3P4P1主机1主机2主机3=进程=套接字将接收到的段交付给正确的套接字在接收主机分解：从多个套接字收集数据，用首部封装数据(以后用于分解)在发送主机复用:运输层10分解工作过程主机接收IP数据报每个数据报有源无连接,目的地无连接每个数据报承载1个运输层段每个段具有源、目的端口号(回想:对特定应用程序的周知端口号)主机使用IP地址&端口号将段定向到适当的套接字源端口#目的端口#32bits应用数据(报文)其他首部字段TCP/UDP段格式运输层11无连接分解生成具有端口号的套接字:DatagramSocketmySocket1=newDatagramSocket(99111);DatagramSocketmySocket2=newDatagramSocket(99222);UDP套接字由二元组标识:(目的地IP地址,目的地端口号)当主机接收UDP段时:在段中检查目的地端口号将UDP段定向到具有该端口号的套接字具有不同源IP地址和/或源端口号的IP数据报定向到相同的套接字运输层12无连接分解(续)DatagramSocketserverSocket=newDatagramSocket(6428);客户机IP:BP2客户机IP:AP1P1P3服务器IP:CSP:6428DP:9157SP:9157DP:6428SP:6428DP:5775SP:5775DP:6428SP提供了“返回地址”运输层13面向连接分解TCP套接字由四元组标识:源IP地址源端口号目的IP地址目的端口号接收主机使用这四个值来将段定向到适当的套接字服务器主机可能支持许多并行的TCP套接字：每个套接字由其自己的四元组标识Web服务器对每个连接的客户机具有不同的套接字非持久HTTP将为每个请求具有不同的套接字运输层14面向连接分解(续)客户机IP:BP1客户机IP:AP1P2P4服务器IP:CSP:9157DP:80SP:9157DP:80P5P6P3D-IP:CS-IP:AD-IP:CS-IP:BSP:5775DP:80D-IP:CS-IP:B运输层15面向连接分解:多线程Web服务器客户机IP:BP1客户机IP:AP1P2服务器IP:CSP:9157DP:80SP:9157DP:80P4P3D-IP:CS-IP:AD-IP:CS-IP:BSP:5775DP:80D-IP:CS-IP:B运输层16第3章要点3.1运输层服务3.2复用与分解3.3无连接传输:UDP3.4可靠数据传输的原则rdt1rdt2rdt3流水线协议3.5面向连接的传输:TCP报文段结构可靠数据传输流量控制连接管理3.6拥塞控制的原则3.7TCP拥塞控制机制TCP吞吐量TCP公平性时延模型运输层17UDP:用户数据报协议[RFC768]“没有不必要的,”“基本要素”互联网传输协议“尽力而为”服务，UDP段可能：丢包对应用程序交付失序无连接:在UDP发送方和接收方之间无握手每个UDP段的处理独立于其他段为何要有UDP协议?无连接创建(它将增加时延)简单：在发送方、接收方无连接状态段首部小无拥塞控制:UDP能够尽可能快地传输运输层18UDP:其他常用于流式多媒体应用丢包容忍速率敏感其他UDP应用DNSSNMP经UDP的可靠传输:在应用层增加可靠性应用程序特定的差错恢复！源端口#目的端口#32bits应用数据(报文)UDP段格式长度检查和UDP段的长度，包括首部，以字节计运输层19UDP检查和发送方:将段内容处理为16比特整数序列检查和:段内容的加法(反码和)发送方将检查和放入UDP检查和字段接收方:计算接收的段的检查和核对计算的检查和是否等于检查和字段的值:NO–检测到差错YES–无差错检测到。虽然如此，还可能有差错吗？详情见后……目的:在传输的段中检测“差错”(如比特翻转)运输层20互联网检查和例子注意当数字作加法时，最高位进比特位的进位需要加到结果中例子:两个16-bit整数相加1111001100110011011101010101010101110111011101110111101110111011110010100010001000011回卷和检查和运输层21第3章要点3.1运输层服务3.2复用与分解3.3无连接传输:UDP3.4可靠数据传输的原则rdt1rdt2rdt3流水线协议3.5面向连接的传输:TCP报文段结构可靠数据传输流量控制连接管理3.6拥塞控制的原则3.7TCP拥塞控制机制TCP吞吐量TCP公平性时延模型运输层22可靠数据传输的原则在应用层、运输层、数据链路层的重要性重要的网络主题中的最重要的10个之一!不可靠信道的特点决定了可靠数据传输协议(rdt)的复杂性运输层23可靠数据传输:基本概念发送侧接收侧rdt_send():calledfromabove,(e.g.,byapp.).Passeddatatodelivertoreceiverupperlayerudt_send():calledbyrdt,totransferpacketoverunreliablechanneltoreceiverrdt_rcv():calledwhenpacketarrivesonrcv-sideofchanneldeliver_data():calledbyrdttodeliverdatatoupper运输层24可靠数据传输:基本概念我们将:增强研发发送方，可靠数据传输协议(rdt)的接收方侧仅考虑单向数据传输但控制信息将在两个方向流动！使用有限状态机(FSM)来定义发送方和接收方状态1状态2引起状态变迁的事件状态变迁所采取的行动状态:当位于这个“状态时”，下个状态惟一地由下个事件决定事件动作运输层25第3章要点3.1运输层服务3.2复用与分解3.3无连接传输:UDP3.4可靠数据传输的原则rdt1rdt2rdt3流水线协议3.5面向连接的传输:TCP报文段结构可靠数据传输流量控制连接管理3.6拥塞控制的原则3.7TCP拥塞控制机制TCP吞吐量TCP公平性时延模型运输层26Rdt1.0:经可靠信道的可靠传输底层信道非常可靠无比特差错无分组丢失装发送方、接收方的单独FSM:发送方将数据发向底层信道接收方从底层信道读取数据Waitforcallfromabovepacket=make_pkt(data)udt_send(packet)rdt_send(data)extract(packet,data)deliver_data(data)Waitforcallfrombelowrdt_rcv(packet)发送方接收方运输层27第3章要点3.1运输层服务3.2复用与分解3.3无连接传输:UDP3.4可靠数据传输的原则rdt1rdt2rdt3流水线协议3.5面向连接的传输:TCP报文段结构可靠数据传输流量控制连接管理3.6拥塞控制的原则3.7TCP拥塞控制机制TCP吞吐量TCP公平性时延模型运输层28Rdt2.0:具有比特差错的信道underlyingchannelmayflipbitsinpacketchecksumtodetectbiterrorsthequestion:howtorecoverfromerrors:acknowledgements(ACKs):receiverexplicitlytellssenderthatpktreceivedOKnegativeacknowledgements(NAKs):receiverexplicitlytellssenderthatpkthaderrorssenderretransmitspktonreceiptofNAKnewmechanismsinrdt2.0(beyondrdt1.0):errordetectionreceiverfeedback:controlmsgs(ACK,NAK)rcvr-sender运输层29rdt2.0:FSM规格参数等待来自上面的调用snkpkt=make_pkt(data,checksum)udt_send(sndpkt)extract(rcvpkt,data)deliver_data(data)udt_send(ACK)rdt_rcv(rcvpkt)&¬corrupt(rcvpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&isACK(rcvpkt)udt_send(sndpkt)rdt_rcv(rcvpkt)&&isNAK(rcvpkt)udt_send(NAK)rdt_rcv(rcvpkt)&&corrupt(rcvpkt)等待ACK或NAK等待来自下面的调用发送方接收方rdt_send(data)