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第 六 章 传 输 层 本章主要内容 传输层的功能 传输层协议要素 Internet的传输层： 用户数据报协议（UDP） 传输控制协议（TCP） Berkeley Sockets 1 传输层的功能 传输层提供进程－进程的数据交付服务： 为运行在不同主机上的应用进程提供逻辑通信功能，使得从应用程序看来这些主机是直接相连的。 传输实体 传输层上实现传输服务的硬件或软件。 传输实体可能位于操作系统内核、单独的用户进程内、应用程序库中或网络接口卡上。 网络层、传输层和应用层的关系 设置传输层的两个目的 为端系统上运行的多个进程提供多路复用和解多路复用的功能： 多路复用（multiplex）：在源主机上，多个进程的数据被封装在不同的数据包中送入网络； 解多路复用（demultiplex） ：在目的主机上，从数据包中取出的数据被交给相应的进程处理。 为应用进程提供所需的数据传输服务： 面向连接的服务 无连接服务 传输层服务接口 传输服务原语（transport service primitives）： 传输层向应用程序提供的一组操作，以方便应用程序调用传输层服务。 在TCP/IP协议栈中，传输层服务接口称为套接字（socket），是目前网络应用编程接口的工业标准。 2 传输层协议要素 传输层协议要解决的主要问题： 编址：一个进程必须显式指出它要与之通信的另一个进程。 建立连接和释放连接：由于数据包在穿过通信子网时会丢失、重传、失序，这使得可靠地建立和释放传输连接非常困难。 流量控制和存储管理。 2.1 传输层编址 为指明将数据包交给哪个进程处理，每个进程需要一个标识。 在网络环境中标识进程的方法是为每个进程指定一个传输地址，源进程向目的进程的传输地址发送消息，目的进程在自己的传输地址上接收消息。 传输地址是传输层通信的端点，其一般性的术语称为传输服务访问点（transport service access point，TSAP）。 TSAP、NSAP和传输实体的关系 举例 源进程如何获知目的进程的TSAP？ 在客户-服务器模式中，客户进程如何知道服务器进程的TSAP？ 常用的标准服务：使用众所周知的地址 不常用的服务：使用进程服务员 需要特殊硬件的服务：使用目录服务 TSAP只是一种抽象，通常可由一个消息队列实现。 进程服务员的使用 2.2 建立传输连接 当应用程序要求传输层保持消息发送顺序时，传输层必须提供面向连接的服务。 所谓建立连接，就是在收发两端为通信过程分配好资源，并初始化相关的数据结构。 在一个不可靠的网络中可靠地建立传输连接是一件困难的事情。 问题之一：过时消息的干扰 重复的连接请求及响应消息对正常的连接建立过程产生干扰。 解决办法之一： 给每个连接指定一个连接标识，每个主机记录已用过的连接标识。 资源消耗大，不可靠。 解决办法之二： 限制每个数据包的寿命。 问题之二：起始序号的选取 主机崩溃后可能丢失所有的状态信息，包括每个连接上要分配的下一个TPDU序号。主机恢复工作后，新连接上的TPDU序号可能和过时连接上的序号相同，产生混淆。 解决办法之一： 主机重启后至少等待时间T再建立连接，确保崩溃前的分组均已消失。 解决办法之二：基于时钟的起始序号选取算法 每个主机使用一个时钟，以二进制计数器的形式工作，每隔ΔT计数器加1。当一个连接建立时，以计数器当前值的最低k位（TPDU的序号长度）作为起始的TPDU序号。 该方法确保连接的起始序号随时间单调增长。 问题之三：序号的增长速度 主机发送速度过快或过慢，都会导致主机崩溃前后的序号空间发生重叠。 解决办法： 选取较小的ΔT，确保发送序号的增长速度不会超过起始序号的增长速度。 选择较长的TPDU序号，确保序号回绕的时间远大于T。 问题之四：如何可靠地传递起始序号？ 2.3 释放传输连接 不对称释放：任何一方释放连接，连接即被释放（即分配给连接的资源被回收）。 释放传输连接（续） 对称释放： 一条传输连接被看成是两个方向上的单工连接，一方释放连接只是表示它数据发完了，但它仍可以在另一个方向上接收数据。 两个方向均释放连接，连接才能被释放。 两军问题 三次握手法释放连接 三次握手法释放连接（续） 三次握手法释放连接（续） 正常释放： 主动方发出DR，响应方收到一次DR。 异常： 主动方发出DR，响应方从未收到DR，形成半开的连接。 异常处理： 引入不活动定时器，定时器超时（长时间未收到数据）后自动释放连接。 引入哑TPDU，处理长时间没有数据发送的情形。 2.4 流量控制 流量控制是一种由接收端控制发送速度的反馈机制，通常采用滑动窗口机制实现。 数据链路层和传输层上的滑动窗口机制： 数据链路层上的滑动窗口机制采用固定缓冲区分配策略（缓冲区大小及数量都固定），这在传输层上