计算机网络（第四章，传输层（上））

传输层服务

开篇

• 理解传输层服务的基本理论和基本机制

  • 复用/分用
  • 可靠数据传输机制
  • 流量控制机制
  • 拥塞控制机制

• 掌握Internet的传输层协议

  • UDP：无连接传输服务
  • TCP：面向连接的传输服务
  • TCP拥塞控制

传输层概述

传输层协议为运行在不同Host上的进程提供了一种逻辑通信机制

• 端系统运行传输层协议：

  • 发送方：将应用递交的消息分成一个或多个的Segment，并向下传给网络层
  • 接收方：将接收到的segment组装成消息，并向上交给应用层

• 传输层可以为应用提供多种协议

  • Internet上的TCP
  • Internet上的UDP

传输层 vs 网络层
网络层：提供主机之间的逻辑通信机制
传输层：提供应用进程之间的逻辑通信机制（位于网络层之上；依赖于网络层服务；对网络层服务进行（可能的）增强）

Internet传输层协议

• 可靠、按序的交付服务（TCP）

  • 拥塞控制
  • 流量控制
  • 连接建立

• 不可靠的交付服务（UDP）

  • 基于“尽力而为（Best-effort）”的网络层，没有做（可靠行方面的）扩展

• 两种服务均不保证

  • 延迟
  • 带宽

复用和分用

复用和解复用

接收端进行多路分用：传输层依据头部信息将收到的Segment交给正确的Socket，即不同的进程

发送端进行多路复用：从多个Socket接收数据，为每块数据封装上头部信息，生成Segment，交给网络层

分用工作方法：

• 主机接收到IP数据报
  • 每个数据报携带源IP地址，目的IP地址
  • 每个数据报携带一个传输层的段（Segment）
  • 每个段携带源端口号和目的端口号
• 主机收到Segment之后，传输层协议提取IP地址和端口信息，将Segment导向相应的Socket
  • TCP做更多处理

无连接分用：

• UDP的Socket用二元组标识
  • （目的IP地址，目的端口号）
• 主机收到UDP段后
  • 检查段中的目的端口号
  • 将UDP段导向绑定在该端口号的Socket
• 来自不同源IP地址和/或源端口号的IP数据报被导向同一个Socket

面向连接的分用：

• TCP的Socket用四元组标识
  • 源IP地址
  • 源端口号
  • 目的IP地址
  • 目的端口号
• 接收端利用所有的四个值将Segment导向合适的Socket
• 服务器可能同时支持多个TCP Socket
  • 每个Socket用自己的四元组标识
• Web服务器为每个客户端开不同的Socket

无连接传输协议-UDP

UDP

UDP：User Datagram Protocol（RFC 768）

• 基于Internet IP协议
  • 复用/分用
  • 简单的错误校验
• “Best-effort”服务，UDP段可能
  • 丢失
  • 非按序到达
• 无连接
  • UDP发送方和接收方之间不需要握手
  • 每个UDP段的处理独立于其他段

UDP存在的原因：无需建立连接（减少延迟）；实现简单，无需维护连接状态；头部开销少；没有拥塞控制（应用可更好地控制发送时间和速率）

UDP校验：

可靠数据传输的基本原理

可靠数据传输概述

可靠的定义：不错、不丢、不乱

rdt2.0

确认机制（ACK，Acknowledgements）：接收方显示地告诉发送方分组已正确接收
NAK：接收方显示地告诉发送方分组有错误
发送方收到NAK后，重传分组
基于这种传输机制的rdt协议称为ARQ（Automatic Repeat reQuest）协议

rdt2.1

rdt3.0

滑动窗口协议

见课件