【计算机网络】第三章 传输层 1

为什么需要传输层？

一些应用层协议需要消息传输的可靠性，如

HTTP、SMTP…

u 网络层IP不可靠，数据可能出错、丢失或乱序

传输层实现端到端的可靠通信！

传输层是整个网络体系结构中的关键层次

Ø 提供了面向连接的机制：可靠传输、流量控制、拥塞控制

传输层服务和协议的要点

传输层为不同主机上的应用进程提供了逻辑通信 功能

传输层协议在端系统中实现

Ø 发送端：将应用层消息封装成报文段 (segments)或数据报，然后交给网络层

Ø 接收端：从报文段/数据报中取出消息，交给应用层

多种传输层协议

Ø 因特网：TCP和UDP

传输层 vs. 网络层

u 网络层:

Ø 主机之间的逻辑通信

u 传输层:

Ø 进程之间的逻辑通信

Ø 使用网络层的服务，并增强后提供给应用层

 

传输层的复用/解复用

多路复用：多个应用进程的消息在同一个网络接口上传输

进程标识：16位端口号

复用：源端传输层在应用层消息之前加上源端口号和目的端口号

解复用：目的端传输层根据端口号确定目的进程

 

端口号的规定

u 熟知端口（常用端口，Well-known port）

Ø 服务器进程使用

Ø 开放、固定值，例如Web服务器端口一般是80，Telnet服务器的端口号是23

Ø 值一般是0～1023

u 短暂端口（Ephemeral port）

Ø 客户进程使用

Ø 由操作系统分配，值不固定

Ø 值大于5000

传输层服务

u TCP：可靠、按顺序交付

Ø 建立连接

Ø 流量控制

Ø 拥塞控制

u UDP：不可靠、无序交付

Ø 与IP相同的“尽力而为Best Effort”服务

u 传输层不提供：

Ø 时延保障

Ø 带宽保障

可靠的传输

u 数据在传输过程中不会出现差错

Ø 接收数据值=发送数据值

u 数据不会丢失

Ø 网络不会丢失数据

Ø 接收方速度够快（大于发送速度），不会因处理不及而丢失数据

u 数据不会重复

u 数据不会失序

Ø 接收顺序=发送顺序

可靠数据传输（RDT）协议的演进

RDT1.0：下层信道提供可靠传输服务

可靠的下层信道

Ø 无传输差错

Ø 无包丢失

RDT2.0：信道可能传输出错

发现传输错误后如何解决

接收方向发送方回送通知

— 确认 (ACK) ：所收到的数据是正确的

— 否认(NAK) ：所收到的数据有错

— 收到ACK，发送方继续发送下一个数据包；

— 收到NAK，发送方重发原数据包

 

停止等待协议：一次（在收到ACK之前）只能发送一个数据包

RDT 2.1：发送方超时重发

 

RDT2.2：增加序号

发送方在数据包中增加一个序号(sequence number)

u 接收方根据序号判断出重复的数据包并丢弃，并重发ACK

u 数据包的序号=当前正发送包的序号

u ACK的序号=要接收的下一个数据包的序号，即已经收到的包序号+1

 

RDT3.0: 完整的停等ARQ协议

u 发送方发出一个数据包后，停下来等待，收到来自接收方的ACK后才能继续发送

u 数据包中有校验字段，发送方/接收方使用该字段来检查传输错误

u 如果接收方发现传输差错，则丢弃收到的数据包

u 如果接收方收到重复包，则重发对上一个数据包的ACK

u 数据包和ACK中均包含1位序号，用于检查重复包

u 发送方维护一个定时器，如果定时器超时而仍未收到ACK，则重发数据包

 

信道利用率

 

流水线协议的性能：信道利用率提高

 

RDT4.0：连续ARQ协议

u 发送方在收到ACK之前可以连续发出 N个数据包

Ø 缓存已发送但未经确认的数据包

Ø 对发送的每个数据报进行计时，重发超时而未收到ACK的数据包

u 接收方一次只能接收一个数据包

Ø 只能缓存一个数据包

Ø 收到序号不符的数据包，将丢弃

连续ARQ：滑动窗口

 

RDT5.0：选择重传ARQ协议

u 接收方可以缓存不按序到达的数据包

Ø 等待缺少的序号前的数据包都到达后，按序交付上层

Ø 接收窗口大小：可以缓存的最大包个数

u 发送方只需重传差错/丢失的数据包

可靠的数据传输协议小结

什么是可靠的数据传输

Ø 无传输差错：收到的数据=发送的数据

Ø 无数据丢失

Ø 无数据重复

Ø 无失序：接收数据顺序=发送数据顺序

停止-等待ARQ协议

Ø 发送方一次只发送一个数据包

Ø 数据包中包含校验信息，以检测传输差错

Ø 对于无错的数据包，接收方发送ACK

Ø 发送方使用定时器，解决数据包丢失问题

Ø 数据包和ACK中均包含一位序号，解决重复数据包

的问题

Ø 信道利用率：

 

Ø 问题：一次只发送一个数据包，导致信道利用率低

Ø 解决方案：一次发送多个数据包