《网络与通信技术》第5章.ppt

1、网络与通信技术,第5章 端对端的数据传输,第5章 知识点：,传输层负责整个报文的端到端的传递，即一个主机进程到另一个主机进程的传递。传输层在从源端到目的端的层次中，监管差错控制和流量控制以确保报文全部完整地、按序地到达。 进程到进程的传递 用户数据报（UDP） 传输控制协议（TCP） 流控制传输协议（SCTP）* 拥塞控制和服务质量（不只是在传输层）,5.1 进程到进程的传递 简述,链路层负责链路上两个相邻节点间的帧传递，称为节点到节点的传递； 网络层负责两台主机之间的分组传递，称为主机到主机的传递； 因特网中的通信并不是节点到节点或主机到主机的数据交换，实际上通信是发生在两个进程之间的。传输

2、层负责报文从端口到端口的传递，即从一个进程到另一个进程的传递。 通常，进程之间的通信采用Client/Server模式。,5.1 进程到进程的传递 5.1.1 客户/服务器模式,寻址 每当需要传送信息到多个目的地之中的某一特定目的地时，就需要一个地址。 在传输层，需要一个称为端口号的传输层地址，利用该地址从目的主机上运行的多个进程中选择相应的进程。目的端口用于传送数据，而源端口号用于接收回答。 端口号 在因特网模型中，端口号是一个在065 535之间的16位整数。 客户端用端口号定义它自己，这个端口号由运行在客户主机上的传输层软件随机选择的。 服务器进程也必须用一个端口号定义自己，但这个端口号

3、不能随机选择。因为客户要清楚知道服务器的端口号。,5.1 进程到进程的传递 5.1.1 客户/服务器模式,端口号分配 在因特网模型中，端口号是由因特网号码分配管理局进行分配的：熟知的、注册的和动态的。 熟知端口：01023，通常用在服务器。 注册端口：102449151，IANA不分配也不控制。 动态端口：49 15265 353。该范围既不受控制也不需要注册，可以由任何进程使用。 套接字 套接字是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元，在传输层实现。进程到进程的传递需要两个标识符：IP地址和端口号。,5.1 进程到进程的传递 5.1.2 复用与分离,复用 在发送站点，可能有多个进程要发送分

4、组，但任何时候只有一个传输层协议。这是一对一的关系，所以要复用。 分用 在接收站点，也只有一个传输层协议，但有多个进程可能接收分组。这是一对一的关系，因而需要分用。,5.1 进程到进程的传递 5.1.3 无连接服务与面向连接服务,无连接服务 分组从一方发送给另一方，不需要建立连接和释放连接 。 面向连接服务 首先需要建立连接，然后传输数据，最后释放连接。如TCP和SCTP协议。,5.1 进程到进程的传递 5.1.4 可靠服务与不可靠服务,可靠服务与不可靠服务 可靠性的实现是通过传输层实现流量控制和差错控制来获得的。 UDP是无连接的、不可靠的；而TCP和SCTP是面向连接、可靠地 。 如果数据

5、链路层是可靠的，并且已有了流量控制和差错控制，那么还需要传输层进行流量控制和差错控制吗？ 需要。因为数据链路层的可靠性存在于两个节点之间，而我们需要端对端的可靠性，链路层的差错控制并不能保证传输层的差错控制。 另一原因是由于因特网的网络层是不可靠的（尽力传递），所以必须在传输层实现可靠性。,5.2 用户数据报（UDP） 5.2.1 UDP描述,描述 UDP称为无连接不可靠传输协议。它除了提供进程到进程通信外，几乎没有给IP服务增加任何东西。 UDP是一个非常简单的协议，开销小。如果一个进程想发送很短的报文，而且不在意可靠性，就可以使用UDP。 UDP是数据报的封装 UDP协议具有如下几个特征

6、无连接 端到端 面向报文 尽力而为：不对服务质量作任何承诺，它像IP一样提供“尽力而为”的通信。它不提供差错控制、流量控制及拥塞服务，也不对UDP数据报编号 。,5.2 用户数据报（UDP） 5.2.2 UDP的格式,描述 UDP具有8字节的固定头部。,5.2 用户数据报（UDP） 5.2.2 UDP的格式,UDP的校验和 采用二进制的反码来计算校验和。在计算UDP校验和时，引入了伪首部的概念。 所谓伪首部是指为了计算UDP校验和，而从IP数据报首部提取了若干字段。,5.2 用户数据报（UDP） 5.2.3 UDP的端口实现及复用机制,端口实现 在UDP协议中，端口是通过队列排队机制来实现的。

7、换句话说，应用进程和UDP协议之间数据交换是通过队列来实现的。 溢出取情况,5.2 用户数据报（UDP） 5.2.3 UDP的端口实现及复用机制,UDP复用和分用 在传输层，当多个应用层进程共用UDP协议时，就意味着UDP要进行复用和分用 。 复用 分用,5.2 用户数据报（UDP） 5.2.3 UDP的端口实现及复用机制,UDP的应用 UDP适用于需要简单的请求响应通信，而较少考虑流量控制的差错控制。 UDP适用于具有有内部流量控制和差错控制机制的进程。如简单文件传输协议（TFTP）。 对于多播来说，UDP是一个合适的传输协议。 UDP可用于管理进程，如简单网络管理协议（SNMP） 。 UD

8、P可用于某些路由选择更新协议。如路由信息协议（RIP）。 UDP可用于传输语音、视频等实时传输协议（RTP）。,5.3 传输控制协议（TCP） 5.3.1 TCP服务,TCP描述 TCP是一个面向连接的、可靠的协议。 TCP在传输层使用流量控制和差错控制。 流传递服务 段（segment）,5.3 传输控制协议（TCP） 5.3.2 TCP的段格式,TCP段的各字段的含义,5.3 传输控制协议（TCP） 5.3.3 TCP连接,连接建立,5.3 传输控制协议（TCP） 5.3.3 TCP连接,传输数据,5.3 传输控制协议（TCP） 5.3.3 TCP连接,连接终止,5.3 传输控制协议（TC

9、P） 5.3.4 流量控制和差错控制,流量控制 TCP滑动窗口协议的特点 TCP使用的滑动窗口与链路层所用的滑动窗口有两点不同1）TCP的滑动窗口是面向字节的，而数据链路层的滑动窗口是面向帧的； 2）TCP的滑动窗口是可变的，而链路层的滑动窗口是固定不变的。,5.3 传输控制协议（TCP） 5.3.4 流量控制和差错控制,差错控制 TCP使用差错控制来提供可靠性。 差错控制包括一些机制：检测受损的段、丢弃的段、失序的段和重复的段；还包括检测出差错后纠正差错的段。 差错控制机制的核心是段的重传。,5.4 流控制传输协议（SCTP） 5.4.1 描述,流控制传输协议是一种新的可靠的、面向报文的传输

10、层控制协议。兼有UDP和TCP的特性。SCTP主要是为最近引入因特网应用而设计的。 它保留报文边界，同时它检测丢失的数据、重复的数据和失序的数据。 拥有拥塞控制和流量控制机制。,5.5 拥塞控制与服务质量 描述,拥塞控制和服务质量是网络的两个重要问题，它们同时又是彼此密切相关的问题，一个问题的解决影响另一个问题的解决。 这两个问题不是属于某一层网络协议的问题，它涉及到三个网络协议层次：数据链路层、网络层和传输层 。,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.1 拥塞控制,拥塞的概念 在分组交换网中，若网络的负载（即发送到网络中分组的数目）大于网络的容量（即网络能够处理的分组数目），就产生拥塞 。 在

11、包交换网络中，拥塞主要是由于分组在路由器的输入和输出端口的等待造成的。 输入分组到达路由器的输入接口，在转发之前，要经过以下三个处理过程：,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.1 拥塞控制,拥塞产生的原因 在输入端口的等待：到达输入接口的分组的到达速率大于分组的处理速率，等待处理的分组队列越来越长，当队列满时，再有分组到达，就会丢弃分组； 在输出端口的等待：分组分发的速率小于分组的处理速率，则在接口输出队列里排队的分组越来越长，最终会因来不及分发而丢失分组。 解决拥塞的方法 增加接口的队列长度。但是，路由器要求快速转发，延迟时间小。 提高路由器的处理速度和分发分组的速度。路由器性能不同，价格差

12、别很大。 在选定路由器的前提下，可以控制源端发送数据的流量，不让源端发送过多的数据到网络中来。,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.1 拥塞控制,网络性能 两个重要指标：延迟和吞吐率 延迟与网络负载的关系 吞吐率与网络负载的关系,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.1 拥塞控制,拥塞控制措施 拥塞控制是指在拥塞发生之前，预防拥塞的发生；在拥塞发生之后，采取措施消除或缓解拥塞。 拥塞控制方法分类：开环拥塞控制和闭环拥塞控制 开环拥塞控制（几种策略） 重传策略：在数据链路层，选择重传比Go-Back-N有利于拥塞控制。 选择重传：Go-Back-N 分组丢弃策略：不是所有的分组都是不可丢弃的，有的

13、业务分组可以丢弃不影响服务质量。这时，可以为分组指定优先权，当网络发生拥塞时，丢弃优先权低的分组。 确认策略：可以收到一个包确认一次，也可收到多个包确认一次。由于确认分组也是网络负载的一部分。减少确认分组的数量也可以达到减少网络负载的作用。,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.1 拥塞控制,闭环拥塞控制 基本思想是：发生拥塞的路由器给源端一个反馈，让源端知道发生了拥塞，要求它减少向网络发送数据。 闭环拥塞控制的方法：背压法、抑制分组、隐含信令 、显式信令 背压法,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.1 拥塞控制,抑制分组 抑制分组是由拥塞节点发送给源端，通知它发生拥塞的情况 。 抑制分组的原理

14、,5.5 拥塞控制与服务质量 5.5.2 服务质量,服务质量QoS QoS是网络的一个重要问题，服务是面向用户的。不同的用户业务会有不同的服务质量要求。 把网络上传输的数据统称为数据流。一个流有四种特性：可靠性、延迟、抖动和带宽。 改进QoS技术 调度 通信量整形 许可控制 资源预留,5.6 基于WinSock的通信 5.6.1 WinSock基本概念,Windows套接字WinSock是Windows提供的最重要的通信编程机制，它提供了一个标准的网络应用程序与协议软件的接口。遵照该规范的要求就可以开发出通用的网络应用程序。WinSock的作用及其在TCP/IP模型中的位置，如右图所示。,5.6 基于WinSock的通信 5.6.2 WinSock编程模型,基于TCP的WinSock的编程模型,5.6 基于WinSock的通信 5.6.2 WinSock编程模型,基于UDP的WinSock的编程模型,