第16讲 传输层.ppt
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1、1/,第 16 讲 传输层(2),2/,知识回顾,传输层的作用 端口 TCP和UDP的区别和联系 UDP报文,3/,本讲内容和教学目标,掌握TCP 报文段的首部格式 理解TCP 可靠传输的工作原理 停止等待协议 连续ARP协议 理解TCP可靠传输的实现,TCP 首部,20 字节的 固定首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,32 bit,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,比特 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,I
2、P 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP报文段,5/,TCP伪首部,typedef struct tsd_hdr /定义TCP伪首部 unsigned long saddr; /源地址 unsigned long daddr; /目的地址 char mbz; char ptcl; /协议类型 unsigned short tcpl; /TCP长度 PSD_HEADER;,6/,最大报文段长度 MSS,附加选项 长度可变。 TCP 只规定了一种选项,即最大报文段长度 MSS (Maximum Segment Size)。MSS 告诉对方 TCP:“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是
3、 MSS 个字节。” MSS的默认值是536。因为Internet上,默认的MTU是576字节。由于采用了MSS作为选项,所以TCP连接不会溢出。MSS (Maximum Segment Size) 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。 数据字段加上 TCP 首部 才等于整个的 TCP 报文段。,7/,TCP 的数据编号与确认,TCP 协议是面向字节的。TCP 将所要传送的报文看成是字节组成的数据流,并使每一个字节对应于一个序号。 在连接建立时,双方要商定初始序号。 TCP 每次发送的报文段的首部中的序号字段数值表示该报文段中的数据部分的第一个字节的序号。TCP 的确认是对接收到的数据的
4、最高序号表示确认。接收端返回的确认号是已收到的数据的最高序号加 1。因此确认号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。,8/,TCP的功能,在TCP/IP协议中,TCP层是位于IP层之上,应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接,但是IP层不提供这样的流机制,而是提供不可靠的包交换。 应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流,然后TCP把数据流分割成适当长度的报文段(通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元(MTU)的限制)。之后TCP把结果包传给IP层,由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。,9/,TCP功能c
5、ont.,TCP为了保证不发生丢包,就给每个字节一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据(假设丢失了)将会被重传。 TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误;在发送和接收时都要计算校验和。计算方法同UDP。,10/,停止等待协议,(a) 无差错情况,A,发送 M1,确认 M1,B,发送 M2,发送 M3,确认 M2,确认 M3,A,发送 M1,B,超时重传 M1,发送 M2,确认 M1,丢弃有差错 的报文,(b) 超时重传,t,t,t,t,11/
6、,请注意,在发送完一个分组后,必须暂时保留已发送的分组的副本。 分组和确认分组都必须进行编号。 超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。,12/,确认丢失和确认迟到,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃 重复的 M1 重传确认 M1,(a) 确认丢失,确认 M1,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃 重复的 M1 重传确认M1,(b) 确认迟到,确认 M1,收下迟到 的确认 但什么也不做,t,t,t,t,13/,可靠通信的实现,使用上述的确认和重传机制,我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。 这种可靠传输协议常称为自动重传请求
7、ARQ (Automatic Repeat reQuest)。 ARQ 表明重传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组 。,14/,信道利用率,停止等待协议的优点是简单,但缺点是信道利用率太低。,TD,RTT,A,TD + RTT + TA,B,分组,确认,t,t,分组,确认,15/,信道的利用率 U,(5-3),16/,流水线传输,发送方可连续发送多个分组,不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。 由于信道上一直有数据不间断地传送,这种传输方式可获得很高的信道利用率。,B,分组,t,t,A,ACK,17/,连续 ARQ 协议,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
8、,11,12,(a) 发送方维持发送窗口(发送窗口是 5),发送窗口,18/,累积确认,接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认,而是对按序到达的最后一个分组发送确认,这样就表示:到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。 累积确认有的优点是:容易实现,即使确认丢失也不必重传。缺点是:不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。,19/,Go-back-N(回退 N),如果发送方发送了前 5 个分组,而中间的第 3 个分组丢失了。这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落,而只好把后面的三个分组都再重传一次。 这就叫做 Go-back-N(
9、回退 N),表示需要再退回来重传已发送过的 N 个分组。 可见当通信线路质量不好时,连续 ARQ 协议会带来负面的影响。,20/,TCP 可靠通信的具体实现,TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口一个发送窗口和一个接收窗口。TCP 的可靠传输机制用字节的序号进行控制。TCP 所有的确认都是基于序号而不是基于报文段。TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中。 TCP连接的往返时间 RTT 也不是固定不变的。需要使用特定的算法估算较为合理的重传时间。,21/,TCP 可靠传输的实现 以字节为单位的滑动窗口,前移,不允许发送,已发送并 收到确认,A 的发送窗口 = 20,允许发送的序号,26,27
10、,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,B 期望 收到的序号,前沿,后沿,前移,收缩,根据 B 给出的窗口值 A 构造出自己的发送窗口,TCP 标准强烈不赞成 发送窗口前沿向后收缩,22/,不允许发送,已发送并 收到确认,A 的发送窗口位置不变,允许发送但尚未发送,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,已发送但未收到确认
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