數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)清華n6傳輸層

1、第23講 傳輸層之二傳輸控制與UDP1. 流量控制與緩沖 TL的流控涉及TS用戶、傳輸實(shí)體和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相互作用得到B的允許(對(duì)等流控)得到其傳輸實(shí)體的允許(接口流控) A必須等待，直到： TL流控的復(fù)雜性一. 傳輸控制傳輸實(shí)體a傳輸實(shí)體b接口接口傳輸層網(wǎng)絡(luò)層傳輸用戶A傳輸用戶B發(fā)送TS用戶接收TS用戶傳輸協(xié)議SendSegment Indication ACK sendACK sendConfirm Response ACK send傳輸實(shí)體間的傳輸延遲通常比實(shí)際傳輸時(shí)間長而且變化不定接口流控對(duì)等流控 基于可靠網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的流控什么也不做溢出緩沖區(qū)的段都遭丟棄。后壓機(jī)制拒絕從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接受進(jìn)一步段。固

2、定滑動(dòng)窗口協(xié)議數(shù)據(jù)單元采用順序編號(hào)窗口尺寸固定利用確認(rèn)滑動(dòng)窗口在某個(gè)時(shí)刻，發(fā)送傳輸實(shí)體有一些已輸出的段尚未得到確認(rèn)。預(yù)留途徑在長延遲環(huán)境中會(huì)限制傳輸連接的吞吐量。接收者通過授予未擁有的空間信用卡而潛在地提高吞吐量如發(fā)送者快于接收者某些段將遭丟棄迫使重發(fā)信用卡模式經(jīng)過連接建立過程，發(fā)送和接收序號(hào)取得同步。每當(dāng)發(fā)送段前移發(fā)送窗口的尾部；每當(dāng)獲得信用卡前移發(fā)送窗口前沿；數(shù)據(jù)發(fā)送并已確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送但未確認(rèn)允許的數(shù)據(jù)傳輸未用和不可用的序號(hào)發(fā)送序號(hào)分為四部分：012345670123012345670123012345670123012345670123012345670123012345670123012

3、345670123012345670123012345670123傳輸實(shí)體A傳輸實(shí)體BSN0SN1SN2SN3SN4SN5SN6A可發(fā)7個(gè)段A滑動(dòng)發(fā)送窗口B準(zhǔn)備接收7個(gè)段B確認(rèn)3個(gè)段，準(zhǔn)備再接收額外一個(gè)段ACK3, CDT=5A根據(jù)信用卡調(diào)整發(fā)送窗口A耗盡信用卡SN7ACK0, CDT=7初始序號(hào)最后收到的ACK最后發(fā)送的數(shù)據(jù)段窗口邊界發(fā)送的數(shù)據(jù)確認(rèn)的數(shù)據(jù)未確認(rèn)的數(shù)據(jù)可發(fā)送的數(shù)據(jù)初始序號(hào)最后收到的數(shù)據(jù)段最后發(fā)送的ACK窗口邊界收到的數(shù)據(jù)收到&確認(rèn)的數(shù)據(jù)未確認(rèn)的數(shù)據(jù)可接收的數(shù)據(jù)(a)發(fā)送序號(hào)空間(b)接收序號(hào)空間基于不可靠網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的流控有效性傳輸實(shí)體發(fā)送形為(ACKN, CREDIT M)的控制

4、段ACK N ：確認(rèn)所有直到N的數(shù)據(jù)段；CREDIT M：允許傳輸從N1NM的段；為了增加或減少信用卡為X B可發(fā)出(ACK N,CREDIT X)為了確認(rèn)一個(gè)新段而不增加信用卡 B可發(fā)出(ACK N+1,CREDIT M-1)死鎖系統(tǒng)A系統(tǒng)BACKn, CDT=0臨時(shí)關(guān)閉連接ACKn, CDT=m授予A信用卡丟失等待B的授予等待A的傳輸采用窗口計(jì)時(shí)器為每個(gè)ACK/CREDIT段提供確認(rèn)死鎖2. 多路復(fù)用應(yīng)用多路復(fù)用FTPWeb TelnetTelnet 傳輸層復(fù)用概述Web FTPTelnetTelnet復(fù)用一般定義向上多路復(fù)用TLNL向下多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)源、目標(biāo)端口的應(yīng)用如何設(shè)置端口號(hào)源

5、port = x目的port = 23源 port = 23目的port = xTelnet 如何區(qū)分選用相同端口號(hào)的客戶CTelnet ServerIP=A, SP=x, DP=23IP=A, SP=y, DP=23IP=B, SP=x, DP=23三元組：源IP地址、源端口號(hào)、目的端口號(hào) A B3. 其他問題網(wǎng)絡(luò)崩潰采用放棄計(jì)時(shí)器采用RST段重置連接主機(jī)崩潰STPDU0TPDU1發(fā)送一文件停等協(xié)議崩潰恢復(fù) C客戶端的兩種狀態(tài)S0狀態(tài) 所有TPDU已確認(rèn)S1狀態(tài) 最后TPDU未確認(rèn)協(xié)議不能正確恢復(fù)的情況TPDUiACKi崩潰S0狀態(tài)應(yīng)用程序？應(yīng)用程序TPDUiACKi？S1狀態(tài)導(dǎo)致丟失導(dǎo)致重

6、復(fù)崩潰客戶機(jī)策略服務(wù)器策略總是重發(fā)從不重發(fā)當(dāng)S0時(shí)重發(fā)當(dāng)S1時(shí)重發(fā)AC(W)AWCC(AW)C(WA)WACWC(A)正確重復(fù)正確正確正確正確正確正確正確正確正確正確正確重復(fù)重復(fù)重復(fù)重復(fù)重復(fù)丟失丟失丟失丟失丟失丟失先確認(rèn)，后寫入先寫入，后確認(rèn)客戶與服務(wù)器采用方案的組合情況有序傳送按段編號(hào) 按字節(jié)量編號(hào)重傳策略段在傳輸過程中遭破壞段丟失，沒有到達(dá)目的地導(dǎo)致重傳的事件肯定確認(rèn)接收者必須確認(rèn)每個(gè)成功接收的段。重傳計(jì)時(shí)器固定長計(jì)時(shí)器無法響應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)情況自適應(yīng)模式對(duì)等實(shí)體并不立即確認(rèn);發(fā)送者無從知曉收到的ACK是初始傳輸還是重傳段的確認(rèn);網(wǎng)絡(luò)情況瞬間變化;觀察到的平均延遲值是否可信賴？傳輸實(shí)體 A傳輸

7、實(shí)體 BSN1SN2SN0SN1SN3SN4SN5SN6SN7SN0ACK3ACK3ACK4ACK5ACK6ACK7ACK0超時(shí)，重發(fā)SN0超時(shí)，重發(fā)SN1SN0已廢SN0到達(dá)重復(fù)檢測(cè)接收端假設(shè)它的確認(rèn)已丟失必須對(duì)重復(fù)段確認(rèn)序號(hào)空間必須足夠大二. 案例學(xué)習(xí)：UDP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層能夠提供在主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)報(bào)的能力目的地址等同于一個(gè)主機(jī)，沒有對(duì)接收數(shù)據(jù)報(bào)的用戶或應(yīng)用程序進(jìn)行更細(xì)致的標(biāo)識(shí)。傳輸層能夠識(shí)別主機(jī)上的多個(gè)目的地址允許多個(gè)應(yīng)用程序在同一臺(tái)主機(jī)上工作并獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)。通信的最終目的地不是進(jìn)程通信的最終目的地是協(xié)議端口進(jìn)程的生成和消失都是動(dòng)態(tài)的接收進(jìn)程的改換對(duì)發(fā)送方透明由接收方的功能來識(shí)別目

8、的地每臺(tái)機(jī)器是一些抽象的訪問目的協(xié)議端口(protocol port)OS提供對(duì)端口的同步接入能力在接入端口的時(shí)候停止計(jì)算的運(yùn)行IGMPIPICMPTCPUDPOSPFRIPBGPDNSTFTPBOOTPSNMPrloginFTPtelnetSMTP各端口都有緩沖區(qū)協(xié)議軟件模塊將到達(dá)某個(gè)端口的分組排成隊(duì)列發(fā)送方要知道目的機(jī)的IP地址和對(duì)應(yīng)的協(xié)議端口號(hào)1. 客戶-服務(wù)器模型S 重復(fù)型服務(wù)等待一個(gè)客戶請(qǐng)求的到來處理客戶請(qǐng)求發(fā)送響應(yīng)給客戶此時(shí)服務(wù)器不能為其他客戶提供服務(wù)并發(fā)型服務(wù)等待一個(gè)客戶請(qǐng)求的到來啟動(dòng)一個(gè)新的服務(wù)器處理這個(gè)客戶請(qǐng)求新服務(wù)器對(duì)客戶的全部請(qǐng)求進(jìn)行處理。處理結(jié)束后終止該服務(wù)器。TCP服

9、務(wù)器是并發(fā)的；UDP服務(wù)器是重復(fù)的；每個(gè)客戶都有自己對(duì)應(yīng)的服務(wù)器2. UDP概述UDP提供了不可靠的無連接傳輸服務(wù)。它使用IP攜帶報(bào)文，但增加了對(duì)給定主機(jī)上多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)別的能力。 特點(diǎn) 沒有確認(rèn)機(jī)制 不對(duì)報(bào)文排序 沒有超時(shí)機(jī)制 沒有反饋機(jī)制控制流量報(bào)文丟棄、重復(fù)和亂序使用UDP的應(yīng)用程序要承擔(dān)可靠性方面的全部工作3. UDP報(bào)文格式UDP源端口UDP目的端口UDP報(bào)文長度UDP校驗(yàn)和數(shù)據(jù) UDP源端口 UDP目的端口4B4B可選(0)用于分用操作 UDP長度包含UDP頭和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) UDP校驗(yàn)和可選(0)減少在可靠性高的LAN上的實(shí)現(xiàn)開銷4. UDP的偽頭與校驗(yàn)和UDP的校驗(yàn)和覆蓋了UDP

10、頭和UDP數(shù)據(jù)，但超出了UDP數(shù)據(jù)報(bào)本身的范圍。UDP的校驗(yàn)和提供了唯一的對(duì)數(shù)據(jù)是否原封不動(dòng)傳送到目的的監(jiān)督手段。IP協(xié)議并不對(duì)IP報(bào)文中的數(shù)據(jù)部分計(jì)算校驗(yàn)和 UDP的校驗(yàn)和計(jì)算方法按16比特先計(jì)算二進(jìn)制反碼再進(jìn)行異或操作得到校驗(yàn)和UDP數(shù)據(jù)報(bào)的長度可以為奇數(shù)字節(jié)當(dāng)校驗(yàn)和為0時(shí)表示發(fā)送端沒有計(jì)算校驗(yàn)和當(dāng)計(jì)算出的校驗(yàn)和為0則用全“1”表示如果接收端計(jì)算出校驗(yàn)和有錯(cuò)則丟棄數(shù)據(jù)報(bào)接收端計(jì)算的校驗(yàn)和應(yīng)為全0 UDP的偽頭UDP源端口UDP目的端口UDP報(bào)文長度UDP校驗(yàn)和數(shù)據(jù)0UDP報(bào)文長度32位目的IP地址32位源IP地址協(xié)議號(hào)(17)偽頭填充(0)不被發(fā)送偽頭的設(shè)置允許UDP兩次檢查數(shù)據(jù)是否已經(jīng)正

11、確到達(dá)目的地長度字段在校驗(yàn)和計(jì)算中出現(xiàn)了兩次 UDP報(bào)文長度不包括偽頭 層次的劃分接收端在驗(yàn)證正確性時(shí)必須把偽頭字段的信息從IP報(bào)文的頭中抽取出來，以偽頭的格式進(jìn)行裝配，然后再重新計(jì)算校驗(yàn)和。是否違反分層原則？ UDP層可直接得知目的IP地址而不必從IP層找發(fā)送用戶必須知道目的IP地址。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)把目的地址告訴UDP。 如果不和IP層交互UDP層是無法得知源IP地址的源IP地址是根據(jù)IP層對(duì)路由的選擇而定。源IP地址標(biāo)識(shí)了數(shù)據(jù)報(bào)傳輸時(shí)所經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)接口。5. UDP的封裝UDP數(shù)據(jù)區(qū)UDP頭IP數(shù)據(jù)區(qū)IP頭幀數(shù)據(jù)區(qū)幀頭 IP層只負(fù)責(zé)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的一對(duì)主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 UDP層只負(fù)責(zé)對(duì)一臺(tái)主

12、機(jī)上復(fù)用的多個(gè)端口進(jìn)行區(qū)分IP層的頭指明了源和目的主機(jī)地址UDP層的頭指明了主機(jī)上的源和目的端口IP數(shù)據(jù)報(bào)與分組 IP數(shù)據(jù)報(bào)IP層端到端的傳輸單元(在分段之前與重組之后)分組IP層與鏈路層之間傳送的數(shù)據(jù)單元IP頭UDP數(shù)據(jù)區(qū)(1473 字節(jié))UDP頭IP頭1472 字節(jié)UDP頭IP頭IP數(shù)據(jù)報(bào)20字節(jié)8字節(jié)1字節(jié)IP分組IP分組傳輸層頭只出現(xiàn)在第一片數(shù)據(jù)中;分組可以是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)報(bào)或數(shù)據(jù)報(bào)的一個(gè)分片; 最大UDP數(shù)據(jù)報(bào)長度 IP數(shù)據(jù)報(bào)的最大長度65535個(gè)字節(jié)20個(gè)字節(jié)的IP頭8個(gè)字節(jié)的UDP頭UDP數(shù)據(jù)報(bào)中用戶數(shù)據(jù)的最大長度為65507個(gè)字節(jié) 制約UDP數(shù)據(jù)報(bào)長度的因素應(yīng)用程序可能受程序接

13、口的限制大部分系統(tǒng)省缺提供可讀寫8192個(gè)字節(jié)的UDP數(shù)據(jù)報(bào)8192是NFS讀寫用戶數(shù)據(jù)報(bào)的省缺值受TCP/IP內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的限制BSD/386 32786個(gè)字節(jié)SunOS 4.1.3 32767個(gè)字節(jié)Solaris 2.2 65535個(gè)字節(jié)用戶數(shù)據(jù)長32758數(shù)據(jù)報(bào)截?cái)郔P能夠發(fā)送/接收特定長度的數(shù)據(jù)報(bào)并不意味著接收應(yīng)用程序可讀取該長度的數(shù)據(jù)UDP編程接口允許應(yīng)用程序指定每次返回的字節(jié)數(shù)接收到的數(shù)據(jù)報(bào)長度大于應(yīng)用程序所能處理的長度時(shí)怎么辦？Berkeley版socket API取決于編程接口和實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行截?cái)嗖G棄任何多余的數(shù)據(jù)SVR4的socket API是否通知應(yīng)用程序則取決于版本不截?cái)?/p>

14、數(shù)據(jù)，超出部分的數(shù)據(jù)在后面的讀取中返回TLI API不丟棄數(shù)據(jù)但返回一個(gè)標(biāo)志6. UDP的復(fù)用、分用和端口UDP接收多個(gè)應(yīng)用程序送來的數(shù)據(jù)報(bào)，把它們送給IP層去傳輸；同時(shí)接收IP層送來的UDP數(shù)據(jù)報(bào)，把它們送給對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序。UDP基于端口的分用端口1端口2端口3IP層UDP與應(yīng)用程序之間的復(fù)用和分用都要通過端口機(jī)制來實(shí)現(xiàn)每個(gè)應(yīng)用程序在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)之前必須與OS協(xié)商以取得協(xié)議端口和相應(yīng)的端口號(hào)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)方法發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部隊(duì)列接收數(shù)據(jù)報(bào)檢查當(dāng)前端口發(fā)送ICMP端口不可達(dá)放入隊(duì)列等待應(yīng)用程序訪問7. 保留的UDP端口端口號(hào)的指派方式集中式管理動(dòng)態(tài)綁定“統(tǒng)一指派”“知名端口”一個(gè)集中管理機(jī)構(gòu)負(fù)

15、責(zé)對(duì)端口的指派和發(fā)布。所有軟件在設(shè)計(jì)時(shí)都要遵守這些指派的規(guī)定。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序需要使用端口時(shí)，網(wǎng)絡(luò)軟件便指派一個(gè)端口。TCP/IP采納了一種混合方式對(duì)端口地址進(jìn)行管理：對(duì)某些端口進(jìn)行指派；但對(duì)本地站點(diǎn)和應(yīng)用程序留下了很大的端口取值范圍。十進(jìn)制數(shù) Internet關(guān)鍵字 UNIX關(guān)鍵字 描述0753676869111161162-ECHODOMAINBOOTPSBOOTPCTFTPSUNRPC-echonameserverbootpsbootpctftpsunrpcsnmpsnmp-trap保留回應(yīng)域名服務(wù)器引導(dǎo)協(xié)議服務(wù)器引導(dǎo)協(xié)議客戶機(jī)簡單文件傳送SUN遠(yuǎn)程過程調(diào)用SNMP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控程序SNMP陷阱

16、 常用的UDP端口8. UDP服務(wù)器的設(shè)計(jì)服務(wù)器啟動(dòng)后處于休眠狀態(tài)，等待客戶請(qǐng)求的到來。當(dāng)客戶數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)時(shí)，服務(wù)器蘇醒過來處理數(shù)據(jù)報(bào)中可能的客戶請(qǐng)求消息。 客戶IP地址及端口號(hào)當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序接收到UDP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，OS必須告訴它是誰發(fā)送了這份消息。允許一個(gè)UDP服務(wù)器對(duì)多個(gè)客戶進(jìn)行處理 目的IP地址某些應(yīng)用程序要求知道數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)給誰。OS從接收到的UDP數(shù)據(jù)報(bào)中將目的IP地址交給應(yīng)用程序?！癐P_RECVDSTADDR”選項(xiàng)BSD/386,4.4BSD支持SVR4,SunOS4.x,Solaris2.x不支持 UDP輸入隊(duì)列單個(gè)服務(wù)器進(jìn)程對(duì)單個(gè)UDP端口（服務(wù)器上的知名端口）上的所有客戶請(qǐng)求進(jìn)行處

17、理。每個(gè)UDP端口有一個(gè)有限大小的輸入隊(duì)列來自不同客戶的請(qǐng)求將由UDP自動(dòng)排隊(duì)排隊(duì)溢出可造成內(nèi)核中UDP模塊丟失數(shù)據(jù)報(bào)接收到的UDP數(shù)據(jù)報(bào)以接收順序交給應(yīng)用程序應(yīng)用程序并不知道其輸入隊(duì)列何時(shí)溢出沒有反饋機(jī)制通知客戶其數(shù)據(jù)報(bào)被丟棄UDP輸出隊(duì)列是FIFOS 539限制本地IP地址使用通配符UDP服務(wù)器在創(chuàng)建UDP端口時(shí)可指定或不指定本地IP地址。本地接口接收所有目的地為本地的數(shù)據(jù)報(bào).指定一個(gè)本地IP地址如果指定端口地址為SLIP，則所有從以太網(wǎng)發(fā)給服務(wù)器的數(shù)據(jù)報(bào)都將返回一個(gè)ICMP端口不可達(dá)報(bào)文。服務(wù)器本地地址的綁定導(dǎo)致拒絕接收UDP數(shù)據(jù)報(bào)如果為端口指定了特定的IP地址，那么在匹配目的地址時(shí)始終