第05讲传输层协议

1、Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议2概况：概况：vUDPvTCPInternet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议3网络层协议：网络层协议：v实现主机之间的数据传输实现主机之间的数据传输v只需要协议地址即可确定目的地只需要协议地址即可确定目的地传输层协议：传输层协议：v实现应用程序之间的数据传输实现应用程序之间的数据传输v除协议地址外，还需要其他标识信息，除协议地址外，还需要其他标识信息，以便确定参与通信的应用程序以便确定参与通信的应用程序v其他传输控制功能其他传输控制功能Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议

2、传输层协议4主机上进程的标识：主机上进程的标识：v进程标识符进程标识符v进程启动时动态分配进程启动时动态分配v对不同主机、不同操作系统不统一对不同主机、不同操作系统不统一传输层上进程的标识：传输层上进程的标识：v端口号端口号v不同传输层协议的端口号独立不同传输层协议的端口号独立网络上进程的标识：网络上进程的标识：v套接字套接字Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议5端口长度：端口长度：v16bits端口类型：端口类型：v公用端口（熟知端口）公用端口（熟知端口）v临时端口临时端口Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议6套接字的概

3、念：套接字的概念：v是一种特殊的文件句柄，进程用它来向是一种特殊的文件句柄，进程用它来向操作系统请求网络服务操作系统请求网络服务套接字的表示：套接字的表示：v三元组：三元组：vTCP/IP中的套接字：中的套接字：Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议7关联：关联：v一个关联用来标识两个进程之间的通信一个关联用来标识两个进程之间的通信v两个套接字可以唯一地表示一个关联两个套接字可以唯一地表示一个关联v半关联：半关联：Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议8Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议9

4、Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议10三个主要的应用编程接口：三个主要的应用编程接口：v建立新接收端口建立新接收端口v接收操作接收操作v发送操作发送操作Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议11TCP具有如下为应用提供的功能：具有如下为应用提供的功能：v流式数据传输流式数据传输v可靠性可靠性v流量控制流量控制v多路复用多路复用v逻辑连接逻辑连接v全双工全双工Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议12Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议13缺点：浪费传输带

5、宽缺点：浪费传输带宽Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议14Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议15窗口机制保证了：窗口机制保证了：v可靠的传输可靠的传输v更好地利用了网络带宽更好地利用了网络带宽v支持流量控制支持流量控制Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议16TCP使用改进的窗口原则：使用改进的窗口原则：v每个字节分配一个序列号，窗口大小用每个字节分配一个序列号，窗口大小用字节数表示。字节数表示。v建立连接时由接收方确定窗口大小，并建立连接时由接收方确定窗口大小，并且在数据传输过程中可

6、能发生变化。且在数据传输过程中可能发生变化。v字节分为报文段，一个字节分为报文段，一个TCP报文只携带报文只携带本报文段中第一个字节的序列号。本报文段中第一个字节的序列号。Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议17Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议18Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议19Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议20Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议21Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五

7、讲 传输层协议传输层协议22超时机制：超时机制：v为了不至于无限期的等待确认，采用超为了不至于无限期的等待确认，采用超时机制，为发送的每个报文段设置一个时机制，为发送的每个报文段设置一个超时间隔。超时间隔。TCP中的变长超时间隔：中的变长超时间隔：v由于网络特性动态变化，超时间隔也应由于网络特性动态变化，超时间隔也应该动态改变。该动态改变。v计算发送报文段和接收确认报文之间的计算发送报文段和接收确认报文之间的时间差，以时间差的加权平均作为要被时间差，以时间差的加权平均作为要被发送的下一个报文段的超时间隔值。发送的下一个报文段的超时间隔值。Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输

8、层协议传输层协议23三次握手过程三次握手过程Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议24关闭连接的两种方法：关闭连接的两种方法：v通过调用通过调用close()显式关闭显式关闭v通过设置通过设置FIN标志位隐式关闭标志位隐式关闭注意：由于注意：由于TCP连接是双向的，必连接是双向的，必须在两端都进行关闭后才能真正关须在两端都进行关闭后才能真正关闭一个闭一个TCP连接。连接。Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议25六个主要的应用编程接口：六个主要的应用编程接口：vOpen: 建立一个连接建立一个连接vSend: 使用已建立的连接

9、发送数据使用已建立的连接发送数据vReceive: 将接收数据拷贝到用户缓冲区将接收数据拷贝到用户缓冲区vClose: 关闭一个连接关闭一个连接vStatus: 返回一个已建立的连接的信息返回一个已建立的连接的信息vAbort: 异常结束异常结束Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议26拥塞算法：拥塞算法：v防止发送方以超出网络的容量的速率发防止发送方以超出网络的容量的速率发送数据，以适应网络容量。送数据，以适应网络容量。TCP目前实现的目前实现的4个拥塞和流控算法：个拥塞和流控算法：v慢速启动慢速启动v拥塞避免拥塞避免v快速重传快速重传v快速恢复快速恢复In

10、ternet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议27控制流量的两个窗口值：控制流量的两个窗口值：v公告窗口：接收方确定公告窗口：接收方确定v拥塞窗口：发送方确定（不超过前者）拥塞窗口：发送方确定（不超过前者）慢速启动算法：慢速启动算法：v发送方将拥塞窗口初始化为一个报文段发送方将拥塞窗口初始化为一个报文段的大小。的大小。v每次接收到一个确认后，将拥塞窗口增每次接收到一个确认后，将拥塞窗口增加一倍。加一倍。慢速启动是在连接上采取的流量控制慢速启动是在连接上采取的流量控制Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议28Internet技术与应用技术与

11、应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议29拥塞：拥塞：v中间路由器丢失报文段的现象中间路由器丢失报文段的现象v处理丢失报文的方法称为拥塞避免算法处理丢失报文的方法称为拥塞避免算法拥塞避免算法：拥塞避免算法：v减慢向网络发送报文的速率减慢向网络发送报文的速率v激活慢速启动过程激活慢速启动过程判断拥塞的依据：判断拥塞的依据：v发生超时（需要好的发生超时（需要好的RTT算法）算法）v接收到重复的接收到重复的ACKInternet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议30两个独立的算法联合使用，维护两个变量：两个独立的算法联合使用，维护两个变量：v拥塞窗口（拥塞窗口（cwnd）v慢

12、速启动阈值（慢速启动阈值（ssthresh）Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议31组合算法（设报文段大小为组合算法（设报文段大小为segsize）：）：1.初始化连接：初始化连接： cwnd=segsize, ssthresh=655352.最多发送最多发送cwnd字节未确认的数据字节未确认的数据3.发生拥塞后：发生拥塞后： ssthresh=max(2*segsize, cwnd/2)4.新发送数据被确认后，若新发送数据被确认后，若cwndssthresh：则执行慢速启动：则执行慢速启动：否则执行拥塞避免：否则执行拥塞避免：Internet技术与应用技术

13、与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议32Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议33快速重传：快速重传：v对拥塞避免进行改进，使丢失报文在超对拥塞避免进行改进，使丢失报文在超时到来前被重传。时到来前被重传。Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议34快速恢复：快速恢复：v在快速重传发送了丢失的报文并收到确在快速重传发送了丢失的报文并收到确认后，执行拥塞避免而非慢速启动。认后，执行拥塞避免而非慢速启动。v因为重复因为重复ACK不仅意味着报文的丢失，不仅意味着报文的丢失，而且意味着在丢失的报文之后还接收到而且意味着在丢失的报文之

14、后还接收到其后的报文，即网络上仍然有数据流动，其后的报文，即网络上仍然有数据流动，采用突然降低发送速率的慢速启动，不采用突然降低发送速率的慢速启动，不利于充分利用带宽。利于充分利用带宽。Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议35组合算法：组合算法：1.当接收到第当接收到第3个重复个重复ACK时：时：q ssthresh=max(2*segsize, cwnd/2)q重传丢失的报文重传丢失的报文q cwnd=ssthresh+3*segsize2.每当接收到另一个重复每当接收到另一个重复ACK时：时：vcwnd=cwnd+segsizev若新若新cwnd允许，则

15、发送一个报文段允许，则发送一个报文段3.新新ACK到来时进行拥塞避免到来时进行拥塞避免： cwnd=ssthresh/2Internet技术与应用技术与应用 第五讲第五讲 传输层协议传输层协议361.端口的作用是什么？如何理解基于端口的多路复用？端口的作用是什么？如何理解基于端口的多路复用？2.套接字的作用是什么？说明套接字的作用是什么？说明TCP/IP套接字中三元组套接字中三元组的必要性。的必要性。3.什么是关联？关联与套接字有何关系？什么是关联？关联与套接字有何关系？4.为什么为什么UDP和和TCP在计算校验和时要引入伪头部？在计算校验和时要引入伪头部？5.为什么要在为什么要在TCP中引入超时机制？中引入超时机制？TCP的超时间隔有的超时间隔有何特点和优点？何特点和优点？UDP需要超时机制吗？为什么？需要超时机制吗？为什么？6.为什么为什么TCP头部有一个头部长度字段而头部有一个头部长度字段而UDP却没有？却没