《计算机网络cha》PPT课件

1、数据通信与计算机网络第八章 运输层Part ISyllabus运输层在OSI/RM中的地位运输服务和服务质量运输层协议的功能OSI/RM模型图运输层的地位：中间层 应用层运输层网络层数据链路层物理层面向信息处理面向通信用户功能网络功能两种观点划分高层与低层运输层的功能 基本功能：提供端到端（进程-进程）的可靠通信，即向高层用户 屏 蔽通信子网的细节，提供通用的运输接口 主要功能：把运输地址映射为网络地址 把端到端的运输连接复用到网络连接上 运输连接管理 端到端的顺序控制、差错检测及恢复、分段处理及QoS监测 加速数据传送 运输协议的简单/复杂决定于子网服务的多少 通用的运输接口运输协议 2运输

2、协议 1网络层服务 1网络层服务 2运输层协议与数据链路层协议的区别网络物理信道数据链路层的环境运输层的环境结点1结点2主机A主机B运输层模型运输服务用户运输服务用户 应用层抽象机器. . . .运输服务提供者（运输实体）运输服务访问点TSAP连接端点 运输服务 - 向用户提供高效、可靠、价格合理的服务运输连接管理、数据传送Syllabus运输层在OSI/RM中的地位运输服务和服务质量运输层协议的功能 运输层主要探讨的是ISO标准，而我们应用时则主要是TCP/IP；它们有一些重要区别；一个区别在于术语，例如，OSI使用运输协议数据单元（TransportProtocolDataUnit，TPD

3、U）来称谓运输层的段。用NPDU表示网络协议数据单元。用户 TA网络实体 NA用户网络实体TPDU运输实体运输实体运输地址运输/网络接口运输服务和服务质量（1）运输服务和服务质量（2）运输层提供两种类型的服务：面向连接和无连接的运输服务运输层存在的意义：提供更高质量的信息运输能力运输实体（运输服务提供者）使用运输服务的用户（运输服务用户 TS用户）运输服务和服务质量（3）服务原语：运输层通过运输服务原语向运输用户提供服务，不同的系统有不同的原语抽象的运输服务原语（下页图）运输服务和服务质量（4）阶段服务原语参数连接建立建立连接T-Connect.Req被呼地址，主呼地址，选项，服务质量，TS用

4、户数据T-Connect.Ind被呼地址，主呼地址，选项，服务质量，TS用户数据T-Connect.Rsp响应地址，选项，服务质量，TS用户数据T-Connect.Cnf响应地址，选项，服务质量，TS用户数据数据传输常规数据T-Data.ReqTS用户数据T-Data.IndTS用户数据加速数据T-Expedited-Data.ReqTS用户数据T-Expedited-Data.IndTS用户数据连接释放释放连接T-Disconnect.ReqTS用户数据T-Disconnect.Ind连接释放原因，TS用户数据运输服务和服务质量（5）运输服务质量(QoS)运输服务质量的衡量（数值化参数表）连

5、接建立延迟连接建立失败概率吞吐量残留差错率运输延迟保护性优先权回弹率运输服务和服务质量（6）连接建立延迟 是开始发出连接建立请求到连接建立证实（连接建立成功）之间的时间，通常，这个时间越短越好。连接建立失败概率 是指在最大的延迟时间内，由于某种原因（如网络阻塞、内存空间不够、内部故障等）从而连接建立失败的可能性。吞吐量 是指在一定时间内在一条运输连接上运输的用户数据的字节数，一般吞吐量用每秒字节数(bps)表示，在一条运输连接上，可以有两个方向的吞吐量。运输延迟 是运输用户运输数据到这个数据被接收方收到为止的时间，同样，也可以有两个方向的运输延迟。残留差错率 是指运输连接上错误的数据运输量占全

6、部运输的数据量的比例，理论上说，这个比例应该为0，因为，运输层的主要功能之一就是要提供可靠服务，但是，实际上这一点是做不到的。保护性 是指提供安全数据运输的一种能力，安全数据运输包括防止非法数据的截取、修改等等。优先权 是指某些运输连接比其它运输连接更重要，从而保证数据优先运输的能力，而且，一旦发生网络阻塞，具有高优先权的运输连接首先获得网络资源。回弹率 是指由于某种原因（如内部原因或网络阻塞）而自发终止运输连接的可能性。运输服务的协商过程：运输服务用户TSU1运输服务用户TSU2运输实体TE1运输实体TE2Qos0/1Qos0/4Qos0/2Qos0/5Qos0/3Qos0/5其中：Qos的

7、优先级为：Qos1 Qos2 Qos3 Qos4 Qos5 Qos0 ； Qos0/1 表示期望值是Qos1，最低可接受的是Qos0；运输服务和服务质量（7）Syllabus运输层在OSI/RM中的地位运输服务和服务质量运输层协议的功能ISO运输协议ISO在1984年通过了运输层协议ISO8072/8073，即OSI模型中五级运输服务，标识为TPi（i=0，1，2，3或4）。03类提供无差错服务的网络中。它们不提供差错控制，只提供连接和断连服务。它们的差别相对较小。它们分别对应于网络服务质量的三种类型：A型：网络连接具有可接受的低差错率和可接受的低故障通知率；B型：网络连接具有可接受的低差错率

8、和不可接受的低故障通知率；C型：网络连接具有可接受的高差错率； 差错率：是指残留差错率和漏检差错率，即网络层出现的差错未改正且不通知运输层； 故障通知率：是指通知运输层的网络连接释放或网络连接重建； 可接受：此处表示足够低，可以忽略；三种类型的网络比较A型质量最高，分组的丢失、重复或复位等情况可以忽略不计，一般来说，提供A型服务的公用广域网几乎没有；B型网络服务质量其次，大多数X.25公用网为B型，这时，丢失的分组可以忽略不计，但会有NRESET告知故障的发生，这就需要运输协议来解决；C型网络服务质量最差，它是完全不可靠的服务，那些单纯提供数据报服务的广域网、无线电分组交换网和IP网络即属此类

9、，因此，所需的运输协议也最复杂。ISO的五类运输协议TP0：具有最简单最基本的功能，建立一个简单的端到端的运输连接，而在数据运输阶段具有数据报文分段传送的功能，是面向A类的运输协议；TP1：在TP0的基础上增加基本的差错恢复功能，这里的基本差错是指网络连接断开或失败，运输层试图建立另一条网络连接，是面向B类网络服务的协议；TP2：在TP0的基础上增加了多路复用的功能，为了进行复用，协议有相应的流量控制的功能，是面向A类网络服务的协议；TP3：有TP1和TP2的功能，有差错恢复功能和多路复用功能，是面向B类服务的网络协议；TP4：该类协议最复杂，可以在网络质量较差时保证高可靠性，它面向C类网络服

10、务，具有差错控制、流量控制和多路复用功能；协议操作运输协议是运输层的核心，两个运输实体之间是靠TPDU进行交换，TPDU的通用格式如下：段类型 目标端口源端口 发送序号确诊序号 总长度 偏移量 数据TPDU有TP0TP4多种类型，且TPDU格式不同，TP4的TPDU类型为：TPU类型 功能 CR 连接请求 CC 连接确认 DR 断开请求 DC 断开确认 DATA 数据运输TPU类型 功能ED 加速数据AK 确认EA 加速数据确认ER 差错REJECT 拒绝TP4 TPDU类型运输协议的要素之一：寻址运输用户（客户端）与服务器建立连接的过程示例应用进程服务器TSAP 6TSAP 122NSAP

11、XNSAP Y运输层运输层网络层网络层(1) 服务器以TSAP122为地址，等待呼入(2) HOST 1的应用进程发出连接请求，源地址为TSAP6，目的地址为TSAP122 (3) HOST 1的运输实体通过NSAP在HOST 1与HOST 2之间建立网络连接(4) HOST 1的运输实体将应用进程的连接请求传送给HOST 2的运输实体(5) HOST 2的运输实体询问应用服务器是否同意建立运输连接HOST 1HOST 2寻址 问题：如何了解应用服务器的运输层地址 解决：(1) 初始连接协议 - 进程服务器作为应用服务器的代理，侦听传 输 连接请求；收到请求时，则装入应用服务器，并将连接转交(

12、2) 对于不适于随时创建的服务器，则使用名字服务器或目录服务 器来提供应用服务器的TSAP地址 问题：如何了解远端运输实体的网络地址？ 解决：(1) 分级地址 例如 TSAP = (2) 对于平面地址，则由名字服务器负责地址映射A型网络服务上的运输协议 A型网络服务可以分为三种情况：可靠、顺序、信息长度任意的网络服务；可靠、无序、信息长度任意的网络服务；可靠、无序、信息长度不能超过最大长度的网络服务。 可靠的顺序网络服务 在这种情况下，我们假设网络服务接受任意长的信息，并且百分之百的可靠，以及按顺序传递数据到目的地，有三个问题要讨论：复用；流量控制；连接建立和终止 复用 对于运输协议和运输服务

13、用户来讲，运输协议实现复用功能：多个用户使用同一个运输协议，它们通过TSAP加以区分。对于网络服务而言，运输实体也实现复用（向上复用和向下复用）：多条运输连接复用一条网络连接（向上复用、复用解复用）；另一方面，一条运输连接可以使用多条网络连接（向下复用、分流与合流）。向上复用（复用与解复用）的使用往往是出于费用上的考虑，一般而言网络服务收费以网络连接为标准的，多条运输连接复用一条网络连接可以在满足吞吐量的情况下尽量减少费用。向下复用（分流与合流）的目的是为了提供对单一网络失效的恢复能力，以及提高吞吐量，一般来说，多条网络连接上的吞吐量大于一条网络连接上的吞吐量，当然，吞吐量也不是无限制的，若设

14、两个结点之间有一条物理链路相连，那么，运输连接的吞吐量不会超过该链路的容量。 流量控制 (1)层内流控，也称对等流控，是指同一层内的实体之间的流量控制流量控制 (2)层间流控是指不同层实体之间的流控:其出发点是一层实体向另一层实体发出信息时必须得到该实体的同意，从而实现这两个层次之间的流量控制 流量控制 (3)对等流控的目的是为了限制数据（在运输层是TPDU）的发送速度，因为：接收方用户可能跟不上数据流；接收方运输实体可能跟不上TPDU流 比较好的办法是信用量方法本方案的基本组成部分有：发送窗口与接收窗口，每个窗口又有上缘和下缘一个例子，其中，TPDU编号为0到7（模8），下图给出了一个方向上

15、的数据运输 流量控制 (4)连接建立和释放(1)即使是可靠网络服务，也需要连接建立和释放，连接建立的目的是：使每一端知道另一端是否存在进行选项协商（如：协议类、窗口大小、服务质量等）为运输实体分配资源（如：缓冲区、连接表项等）连接建立和释放(2)连接建立过程如图所示 连接建立和释放(3)连接释放过程 可靠无序网络服务 (1)在这种情况下，我们假设网络服务百分之百可靠，数据长度为任意，但可能有失序情况发生，即数据收到的次序和发送的次序可能不同 首先，TPDU序号不仅仅用来实现流控，还要用来实现TPDU的重新排序。其次，控制TPDU也需要序号，若没有这个序号，可能会发生差错。可靠无序网络服务 (2

16、)无序网络服务流控例子 可靠无序网络服务 (3)连接建立例子 可靠有限长网络服务 在这种情况下，网络服务不能接受任意长数据，即TPDU长度不能超过某一最大值。这时，假如用户要求发送的数据块超过最大值，那么必须把数据分割成较小的段，然后一段一段发送，接收方再把这些段拼接成块，然后再交给用户，这就需要有一个块结束标志EOT，运输实体收到带有EOT的DT TPDU后，把前面收到的没有EOT的DT TPDU顺序拼接在一起交给用户。B型网络服务上的运输协议 (1)在这种情况下，数据运输可靠（但可能不按顺序），但可能有网络故障，即产生NRESET或NDISCONNECT指示，此时，TPDU可能丢失，这种丢

17、失会向运输实体报告。在任何情况下，运输实体必须能从数据丢失或网络连接断开中得到恢复，序号是一种有效的手段，正常情况下，TPDU不必确认，因为网络服务是可靠的，当然，流控时需要使用序号。这种方法还能处理网络故障。B型网络服务上的运输协议 (2)首先，我们考虑网络连接复位（如X.25的RESET），网络服务用NRESET向运输实体报告发生了复位，可能会影响一条或多条运输连接，这时，可能会丢失TPDU（包括两个方向上的TPDU），运输实体可以采用下述措施：发出控制TPDU，指明已收到的DT TPDU序号；停止发送新的TPDU，直到收到控制TPDU，重发没有被收到的TPDU。B型网络服务的另一个更严重

18、的情况是网络连接断开（如X.25的RESTART，OSI的NDISCONNECT指示），在这种情况下，原来的网络连接发起者建立一条新的网络连接，并在这条新的网络连接上发出控制TPDU，然后，采取与发生NRESET时相似的措施以获得重新同步（如重发丢失的TPDU等）。C型网络服务上的运输协议 这种情况下的网络服务是不可靠的，它不仅有数据丢失、失序，而且还有网络复位、连接断开等。六个主要问题：重传策略重复检测流控连接建立连接释放崩溃恢复重传策略(1)有两种情况需要重传：一是TPDU信息被破坏，但能到达目的运输实体另一是TPDU没有到达目的地 为了发现这些情况，我们需要使用确认方案：接收运输实体必须

19、确认每个成功的TPDU，一个AK TPDU可以确认多个DT TPDU 重传策略(2)计时器当计时器溢出时若还没有收到确认，就要把这个DT TPDU重新发送 计时器的值的设置一个方法是计时器值固定：需要对网络有十分深入的理解 另一种方法基于观察值：往返时间的平均值（或稍大一点）这个值并不可信对等运输实体可能不马上对DT TPDU确认，它可以一次确认多个DT TPDU（或由于流控原因而不发AK TPDU）；若一个DT TPDU重传，那么，发送运输实体并不知道收到的AK TPDU是最初发送的DT TPDU的确认还是重传的DT TPDU的确认；网络状况可能突然发生变化，如特别拥挤或负载很轻 重传策略(

20、3)运输协议计时器 计 时 器说 明重传计时器T1重发一个未确认的TPDU重建连接计时器在同一对用户之间从释放连接到建立另一条连接间的最小时间窗口计时器AK TPDU间的最大时间重发CR计时器重发CR TPDU的时间保持计时器TR收不到确认而终止连接的时间不活动计时器I收不到TPDU而终止连接的时间重复检测(1)有三种情况可能产生重复：一是数据报服务可能产生重复；二是AK TPDU丢失，发送运输实体重发DT TPDU；三是由于网络原因（如拥挤等）而使TPDU延迟变长，计时器超时，发送运输实体重发，引起DT TPDU重复 重复检测(2)在连接释放前收到重复TPDU 接收运输实体必须假设重复TPD

21、U的确认已丢失（某些情况下还未来得及发出确认就收到重复TPDU），必须对重复TPDU作出确认，因此，可能多个AK TPDU确认同一个DT TPDU序号空间必须足够大，以防止在TPDU生存期内发生循环 重复检测(3)不正确的重复检测 重复检测(4)在连接释放后收到重复TPDU (方法一)序号跨越连接:即下一条连接的序号从上一条连接的最后一个序号（加1）开始，运输实体在建立连接时，必须把这个序号传送到对等运输实体，当然，这个过程是对称的，每一方都必须给出这一信息 (方法二)使用连接标识符:每个TPDU都有这个标识符，每建立一条连接就产生一个以前没有用过的连接标识符，当收到TPDU时，可以检查这个T

22、PDU是否为当前运输连接的 两种方案在一般情况下能很好地工作，但也有缺陷：运输实体必须记忆这些历史信息，当系统崩溃时就无法知道序号或连接标识符。 重复检测(5)生存期的概念：每个TPDU在通信子网中停留时间不能超过生存期，这一点可用下述技术之一：受限制的子网设计:包括防止TPDU进入回路和某些限制拥挤时间不超过最大时间的一些方法 ；每个TPDU设置一个站计数器:每次TPDU转发时站计数器加1，当一个TPDU的站计数器超过某一特定值时，就把它丢弃 ；每个TPDU加上时间信息:要求每个TPDU带上自己的生存时间，在通信子网中处理TPDU时若发现超过最大长度的时间时，就把它丢弃，这种方法要求每个中继

23、站的时钟同步，这本身又是一件十分复杂工作 一个相对较好的办法是上述第三方法和第一（或第二）种方法的结合，一般情况下，用第一（或第二）种方法，当系统崩溃并重新启动后采用上述第三种方法 流量控制(1)前面我们描述的信用量流控方案在C型网络下不能很好地工作，需要作一定的修改，假设（AK N，CREDIT M）表示一个AK TPDU确认了N（及以前的）DT TPDU，并且给出新的信用量值M，允许发送运输实体发送N+1到N+M的DT TPDU，这种机制是很有力的：为了把信用量增加或减少到X，B可以发出（AK N，CREDIT X）；为了确认一个新的DT TPDU，不改变原来的信用量，B可以发出（AK N

24、+1，CREDIT M-1）；为了确认一个新的DT TPDU，把信用量增加或减少到X，B可以发出（AK N+1，CREDIT X）；为了确认Y个新的DT TPDU，把信用量增加或减少到X，B可以发出（AK N+Y，CREDIT X）。流量控制(2)问题所在：如果AK TPDU丢失，会产生一定的问题。若下面还有确认，即可得到重新同步，若没有确认，发送运输实体计时器溢出，然后重发DT TPDU，接收者收到后发出确认，但是，这可能会有死锁，解决1：需要引入一个窗口计时器，每发送一个AK TPDU即启动窗口计时器，当窗口计时器溢出后，运输实体发出一个AK TPDU，它可能和前一个AK TPDU完全一样

25、，这就可以打破死锁，并且同时也保证这个运输实体是活动的。解决2：另一个办法是对AK TPDU作出确认，也可以解决问题，当然，由于不可靠的网络服务，对确认的确认也许还需要计时器。连接建立(1)考虑网络的不可靠性 在C型网络下，建立连接过程中CR TPDU或CC TPDU均有可能丢失或被延迟，从而，引起超时重发CR TPDU，这就可能产生CR TPDU或CC TPDU的重复，发送运输实体可能收到多个CC TPDU，而接收运输实体则可能收到多个CR TPDU，所有这些都说明发送方（或接收方）需要忽略重复的CC（或CR）TPDU另一种情况是CR TPDU或CC TPDU可能由于延迟而在连接释放后到达接收方或发送方，从而产生差错，如下图所示：连接建立(2)连接建立(3)问题所在：假设A有一个CR TPDU X（序号从X开始）由于延迟，在连接释放