【正文】 第 3章 運(yùn)輸層 Transport Layer 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法 (原書第四版 ) 陳鳴譯，機(jī)械工業(yè)出版社， 2023年 Computer Networking: A Top Down Approach 4th edition. Jim Kurose, Keith Ross AddisonWesley, July 2023. 1 運(yùn)輸層 第 3章 :運(yùn)輸層 我們的目的 : ? 理解運(yùn)輸層服務(wù)依據(jù)的原理 : ? 復(fù)用 /分解 ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸 ? 流量控制 ? 擁塞控制 ? 學(xué)習(xí)因特網(wǎng)中的運(yùn)輸層協(xié)議： ? UDP: 無連接傳輸 ? TCP: 面向連接傳輸 ? TCP 擁塞控制 2 運(yùn)輸層 第 3章 要點(diǎn) ? 運(yùn)輸層服務(wù) ? 復(fù)用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報(bào)文段結(jié)構(gòu) ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機(jī)制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時(shí)延模型 3 運(yùn)輸層 運(yùn)輸服務(wù)和協(xié)議 ? 在運(yùn)行不同主機(jī)上應(yīng)用進(jìn)程之間提供 邏輯通信 ? 運(yùn)輸協(xié)議運(yùn)行在端系統(tǒng)中 ? 發(fā)送方：將應(yīng)用報(bào)文劃分為段 ，傳向網(wǎng)絡(luò)層 ? 接收方：將段重新裝配為報(bào)文，傳向應(yīng)用層 ? 應(yīng)用可供使用的運(yùn)輸協(xié)議不止一個(gè) ? 因特網(wǎng)： TCP和 UDP 0246810121416182028Kbps 100Kbps1 Mbps 10Mbpsnonpersistentpersistentparallel nonpersistentapplication transport work data link physical application transport work data link physical 4 運(yùn)輸層 運(yùn)輸層 vs. 網(wǎng)絡(luò)層 ? 網(wǎng)絡(luò)層 : 主機(jī)間的邏輯通信 ? 運(yùn)輸層 : 進(jìn)程間的邏輯通信 ? 依賴、強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)層服務(wù) 家庭類比 : 12個(gè)孩子向 12個(gè)孩子發(fā)信 ? 進(jìn)程 = 孩子 ? 應(yīng)用報(bào)文 = 信封中的信 ? 主機(jī) = 家庭 ? 運(yùn)輸協(xié)議 = Ann和 Bill ? 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 = 郵政服務(wù) 5 運(yùn)輸層 因特網(wǎng)運(yùn)輸層協(xié)議 ? 可靠的、按序的交付 (TCP) ? 擁塞控制 ? 流量控制 ? 連接建立 ? 不可靠、不按序交付 : UDP ? “盡力而為” IP的不提供不必要服務(wù)的擴(kuò)展 ? 不可用的服務(wù) : ? 時(shí)延保證 ? 帶寬保證 0246810121416182028Kbps 100Kbps1 Mbps 10Mbpsnonpersistentpersistentparallel nonpersistentapplication transport work data link physical work data link physical work data link physical work data link physical work data link physical work data link physical work data link physical application transport work data link physical 6 運(yùn)輸層 第 3章 要點(diǎn) ? 運(yùn)輸層服務(wù) ? 復(fù)用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報(bào)文段結(jié)構(gòu) ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機(jī)制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時(shí)延模型 7 運(yùn)輸層 Inter 層的復(fù)用與分解 8 運(yùn)輸層 復(fù)用 /分解 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層 物理層 P1 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路層 物理層 應(yīng)用層 運(yùn)輸層 work 鏈路層 物理層 P2 P3 P4 P1 主機(jī) 1 主機(jī) 2 主機(jī) 3 = 進(jìn)程 = 套接字 將接收到的段交付給正確的套接字 在接收主機(jī)分解： 從多個(gè)套接字收集數(shù)據(jù)，用首部封裝數(shù)據(jù) (以后用于分解 ) 在發(fā)送主機(jī)復(fù)用 : 9 運(yùn)輸層 分解工作過程 ? 主機(jī)接收 IP數(shù)據(jù)報(bào) ?每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)有源無連接 , 目的地?zé)o連接 ?每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)承載 1個(gè)運(yùn)輸層段 ?每個(gè)段具有源、目的端口號(hào) (回想 : 對(duì)特定應(yīng)用程序的周知端口號(hào) ) ? 主機(jī)使用 IP地址 端口號(hào)將段定向到適當(dāng)?shù)奶捉幼? 源端口 目的端口 32 bits 應(yīng)用數(shù)據(jù) (報(bào)文 ) 其他首部字段 TCP/UDP 段格式 10 運(yùn)輸層 無連接分解 ? 生成具有端口號(hào)的套接字 : DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket(99111)。 DatagramSocket mySocket2 = new DatagramSocket(99222)。 ? UDP套接字由二元組標(biāo)識(shí) : (目的地 IP地址 , 目的地端口號(hào) ) ? 當(dāng)主機(jī)接收 UDP段時(shí) : ? 在段中檢查目的地端口號(hào) ? 將 UDP段定向到具有該端口號(hào)的套接字 ? 具有不同源 IP地址和 /或源端口號(hào)的 IP數(shù)據(jù)報(bào) 定向到相同的套接字 11 運(yùn)輸層 無連接分解 (續(xù) ) DatagramSocket serverSocket = new DatagramSocket(6428)。 客戶機(jī) IP:B P2 客戶機(jī) IP: A P1 P1 P3 服務(wù)器 IP: C SP: 6428 DP: 9157 SP: 9157 DP: 6428 SP: 6428 DP: 5775 SP: 5775 DP: 6428 SP提供了“返回地址” 12 運(yùn)輸層 面向連接分解 ? TCP套接字由四元組標(biāo)識(shí) : ? 源 IP地址 ? 源端口號(hào) ? 目的 IP地址 ? 目的端口號(hào) ? 接收主機(jī)使用這四個(gè)值來將段定向到適當(dāng)?shù)奶捉幼? ? 服務(wù)器主機(jī)可能支持許多并行的 TCP套接字： ? 每個(gè)套接字由其自己的四元組標(biāo)識(shí) ? Web服務(wù)器對(duì)每個(gè)連接的客戶機(jī)具有不同的套接字 ? 非持久 HTTP將為每個(gè)請(qǐng)求具有不同的套接字 13 運(yùn)輸層 面向連接分解 (續(xù) ) 客戶機(jī) IP:B P1 客戶機(jī) IP: A P1 P2 P4 服務(wù)器 IP: C SP: 9157 DP: 80 SP: 9157 DP: 80 P5 P6 P3 DIP:C SIP: A DIP:C SIP: B SP: 5775 DP: 80 DIP:C SIP: B 14 運(yùn)輸層 面向連接分解 : 多線程 Web服務(wù)器 客戶機(jī) IP:B P1 客戶機(jī) IP: A P1 P2 服務(wù)器 IP: C SP: 9157 DP: 80 SP: 9157 DP: 80 P4 P3 DIP:C SIP: A DIP:C SIP: B SP: 5775 DP: 80 DIP:C SIP: B 15 運(yùn)輸層 第 3章 要點(diǎn) ? 運(yùn)輸層服務(wù) ? 復(fù)用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報(bào)文段結(jié)構(gòu) ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機(jī)制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時(shí)延模型 16 運(yùn)輸層 UDP: 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 [RFC 768] ? “沒有不必要的 ,” “基本要素” 互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議 ? “盡力而為”服務(wù)， UDP段可能： ? 丟包 ? 對(duì)應(yīng)用程序交付失序 ? 無連接 : ? 在 UDP發(fā)送方和接收方之間無握手 ? 每個(gè) UDP段的處理獨(dú)立于其他段 為何要有 UDP協(xié)議 ? ? 無連接創(chuàng)建 (它將增加時(shí)延 ) ? 簡(jiǎn)單：在發(fā)送方、接收方無連接狀態(tài) ? 段首部小 ? 無擁塞控制 : UDP能夠盡可能快地傳輸 17 運(yùn)輸層 UDP: 其他 ? 常用于流式多媒體應(yīng)用 ?丟包容忍 ?速率敏感 ?其他 UDP應(yīng)用 ? DNS ? SNMP ? 經(jīng) UDP的可靠傳輸 : 在應(yīng)用層增加可靠性 ?應(yīng)用程序特定的差錯(cuò)恢復(fù)！ 源端口 目的端口 32 bits 應(yīng)用數(shù)據(jù) (報(bào)文 ) UDP 段格式 長(zhǎng)度 檢查和 UDP段的長(zhǎng)度，包括首部，以字節(jié)計(jì) 18 運(yùn)輸層 UDP檢查和 發(fā)送方 : ? 將段內(nèi)容處理為 16比特整數(shù)序列 ? 檢查和 : 段內(nèi)容的加法(反碼和 ) ? 發(fā)送方將檢查和放入U(xiǎn)DP檢查和字段 接收方 : ? 計(jì)算接收的段的檢查和 ? 核對(duì)計(jì)算的檢查和是否等于檢查和字段的值 : ? NO – 檢測(cè)到差錯(cuò) ? YES – 無差錯(cuò)檢測(cè)到。 雖然如此，還可能有差錯(cuò)嗎？ 詳情見后 …… 目的 : 在傳輸?shù)亩沃袡z測(cè)“差錯(cuò)” (如比特翻轉(zhuǎn) ) 19 運(yùn)輸層 互聯(lián)網(wǎng)檢查和例子 ? 注 意 ?當(dāng) 數(shù)字作加法時(shí)，最高位進(jìn)比特位的進(jìn)位需要加到結(jié)果中 ? 例子 : 兩個(gè) 16bit整數(shù) 相加 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 回卷 和 檢查和 20 運(yùn)輸層 第 3章 要點(diǎn) ? 運(yùn)輸層服務(wù) ? 復(fù)用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報(bào)文段結(jié)構(gòu) ? 可靠數(shù)據(jù)傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機(jī)制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時(shí)延模型 21 運(yùn)輸層 可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑瓌t ? 在應(yīng)用層、運(yùn)輸層、數(shù)據(jù)鏈路層的重要性 ? 重要的網(wǎng)絡(luò)主題中的最重要的 10個(gè)之一 ! ? 不可靠信道的特點(diǎn)決定了可靠數(shù)據(jù)傳輸 協(xié)議 (rdt) 的復(fù)雜性 22 運(yùn)輸層 可靠數(shù)據(jù)傳輸 : 基本概念 發(fā)送側(cè) 接收側(cè) rdt_send(): called from above, (., by app.). Passed data to deliver to receiver upper layer udt_send(): called by rdt, to transfer packet over unreliable channel to receiver rdt_rcv(): called when packet arrives on rcvside of channel deliver_data(): called by rdt to deliver data to upper 23 運(yùn)輸層 可靠數(shù)據(jù)傳輸 : 基本概念 我們將 : ? 增強(qiáng)研發(fā)發(fā)送方，可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 (rdt) 的接收方側(cè) ? 僅考慮單向數(shù)據(jù)傳輸 ? 但控制信息將在兩個(gè)方向流動(dòng)！ ? 使用有限狀態(tài)機(jī) (FSM)來定義發(fā)送方和接收方 狀態(tài) 1