第05讲 传输层协议

第五讲传输层协议Internet技术与应用第五讲传输层协议2传输层协议概况概况：UDP标准协议，建议标准，STD-6RFC768：UDP协议TCP标准协议，推荐标准，STD-7RFC793：TCP协议RFC3168：更新TCP的拥塞控制等Internet技术与应用第五讲传输层协议3传输层和网络层的区别网络层协议：实现主机之间的数据传输只需要协议地址即可确定目的地传输层协议：实现应用程序之间的数据传输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其他传输控制功能Internet技术与应用第五讲传输层协议4传输层如何标识应用程序主机上进程的标识：进程标识符进程启动时动态分配对不同主机、不同操作系统不统一传输层上进程的标识：端口号不同传输层协议的端口号独立网络上进程的标识：套接字Internet技术与应用第五讲传输层协议5端口端口长度：16bits端口类型：公用端口（熟知端口）由IANA分配给标准服务端口范围：1~256临时端口由操作系统动态自由分配端口范围：1024~65535Internet技术与应用第五讲传输层协议6套接字套接字的概念：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套接字的表示：三元组：协议，协议地址，进程标识TCP/IP中的套接字：TCP，IP地址，端口号或者UDP，IP地址，端口号Internet技术与应用第五讲传输层协议7关联和半关联关联：一个关联用来标识两个进程之间的通信两个套接字可以唯一地表示一个关联前提：使用相同的协议表示：五元组协议，本地协议地址，本地进程标识，远端协议地址，远端进程标识半关联：是构成关联的一半，亦即套接字Internet技术与应用第五讲传输层协议8UDP基于端口的多路去复用Internet技术与应用第五讲传输层协议9UDP数据报格式Internet技术与应用第五讲传输层协议10UDP应用编程接口三个主要的应用编程接口：建立新接收端口接收操作发送操作Internet技术与应用第五讲传输层协议11TCP提供的功能TCP具有如下为应用提供的功能：流式数据传输可靠性流量控制多路复用逻辑连接全双工Internet技术与应用第五讲传输层协议12TCP通信进程间的连接Internet技术与应用第五讲传输层协议13简单的确认重传缺点：浪费传输带宽Internet技术与应用第五讲传输层协议14窗口机制Internet技术与应用第五讲传输层协议15窗口机制改善带宽利用率窗口机制保证了：可靠的传输更好地利用了网络带宽支持流量控制Internet技术与应用第五讲传输层协议16TCP中的窗口原则TCP使用改进的窗口原则：每个字节分配一个序列号，窗口大小用字节数表示。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能发生变化。字节分为报文段，一个TCP报文只携带本报文段中第一个字节的序列号。Internet技术与应用第五讲传输层协议17TCP中的窗口机制Internet技术与应用第五讲传输层协议18TCP报文段格式Internet技术与应用第五讲传输层协议19TCP伪头部Internet技术与应用第五讲传输层协议20TCP选项Internet技术与应用第五讲传输层协议21确认和重传Internet技术与应用第五讲传输层协议22变长超时间隔超时机制：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超时间隔。TCP中的变长超时间隔：由于网络特性动态变化，超时间隔也应该动态改变。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发送的下一个报文段的超时间隔值。Internet技术与应用第五讲传输层协议23TCP连接的建立三次握手过程Internet技术与应用第五讲传输层协议24TCP连接的关闭关闭连接的两种方法：通过调用close()显式关闭通过设置FIN标志位隐式关闭注意：由于TCP连接是双向的，必须在两端都进行关闭后才能真正关闭一个TCP连接。Internet技术与应用第五讲传输层协议25TCP应用编程接口六个主要的应用编程接口：Open:建立一个连接Send:使用已建立的连接发送数据Receive:将接收数据拷贝到用户缓冲区Close:关闭一个连接Status:返回一个已建立的连接的信息Abort:异常结束Internet技术与应用第五讲传输层协议26TCP拥塞控制算法拥塞算法：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。TCP目前实现的4个拥塞和流控算法：慢速启动拥塞避免快速重传快速恢复Internet技术与应用第五讲传输层协议27慢速启动控制流量的两个窗口值：公告窗口：接收方确定拥塞窗口：发送方确定（不超过前者）慢速启动算法：发送方将拥塞窗口初始化为一个报文段的大小。每次接收到一个确认后，将拥塞窗口增加一倍。慢速启动是在连接上采取的流量控制Internet技术与应用第五讲传输层协议28慢速启动示意图Internet技术与应用第五讲传输层协议29拥塞避免拥塞：中间路由器丢失报文段的现象处理丢失报文的方法称为拥塞避免算法拥塞避免算法：减慢向网络发送报文的速率激活慢速启动过程判断拥塞的依据：发生超时（需要好的RTT算法）接收到重复的ACKInternet技术与应用第五讲传输层协议30慢速启动+拥塞避免两个独立的算法联合使用，维护两个变量：拥塞窗口（cwnd）慢速启动阈值（ssthresh）Internet技术与应用第五讲传输层协议31慢速启动+拥塞避免组合算法组合算法（设报文段大小为segsize）：1.初始化连接：cwnd=segsize,ssthresh=655352.最多发送cwnd字节未确认的数据3.发生拥塞后：ssthresh=max(2*segsize,cwnd/2)4.新发送数据被确认后，若cwndssthresh：则执行慢速启动：cwnd=min(cwnd*2,ssthresh)否则执行拥塞避免：cwnd=cwnd+segsize*segsize/cwndInternet技术与应用第五讲传输层协议32慢速启动+拥塞避免组合算法示意图Internet技术与应用第五讲传输层协议33快速重传快速重传：对拥塞避免进行改进，使丢失报文在超时到来前被重传。Internet技术与应用第五讲传输层协议34快速恢复快速恢复：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。因为重复ACK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，不利于充分利用带宽。Internet技术与应用第五讲传输层协议35快速重传+快速恢复组合算法组合算法：1.当接收到第3个重复ACK时：ssthresh=max(2*segsize,cwnd/2)重传丢失的报文cwnd=ssthresh+3*segsize2.每当接收到另一个重复ACK时：cwnd=cwnd+segsize若新cwnd允许，则发送一个报文段3.新ACK到来时进行拥塞避免：cwnd=ssthresh/2Internet技术与应用第五讲传输层协议36思考题1.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TCP/IP套接字中三元组的必要性。3.什么是关联？关联与套接字有何关系？4.为什么UDP和TCP在计算校验和时要引入伪头部？5.为什么要在TCP中引入超时机制？TCP的超时间隔有何特点和优点？UDP需要超时机制吗？为什么？6.为什么TCP头部有一个头部长度字段而UDP却没有？7.UDP报文中的源端口号可以为0，那么，TCP报文中的源端口号是否也可以为0？为什么？8.解释说明窗口原则。窗口机制能够提供哪些功能？TCP中的窗口机制有哪些改进？9.慢速启动和拥塞避免的区别是什么？如何组合使用？10.在确认和重传机制下，为何还引入快速重传？