第三章

第三章传输层

3.1 概述和传输层服务

传输服务和协议

为运行在不同主机上的应用进程提供逻辑通信
传输协议运行在端系统
- 发送方:将应用层的报文分成报文段,然后传递给网络层
- 接受方:将报文段重组成报文,然后传递给应用层
有多个传输层协议可供应用选择
- Internet:TCP和UDP

传输层 VS 网络层

网络层服务:主机之间的逻辑通信
传输层服务:进程间的逻辑通信
- 依赖于网络层的服务—延时,带宽(这些服务无法优化)
- 并对网络层的服务进行增强—数据丢失,顺序混乱,加密

Internet传输层协议

可靠的,保序的传输:TCP
- 多路复用,解复用
- 拥塞控制
- 流量控制
- 建立连接
不可靠,不保序的传输:UDP
- 多路复用,解复用
- 没有为尽力而为的IP服务添加更多的其他额外服务
都不提供:
- 延时保证
- 带宽保证

3.2 多路复用和解复用

工作原理

无连接(UDP)多路解复用

面向连接的解复用

3.3 无连接传输 UDP

UDP:用户数据报协议

User Datagram Protocol [RFC 768]

“no frills”,”bare bones” Internet传输协议
“尽力而为的服务”,报文段可能丢失,送到应用进程的报文段乱序
无连接:
- UDP发送端和接收端之间没有握手
- 每个UDP报文段都被独立地处理

UDP被用于:

流媒体(丢失不敏感,速率敏感,应用可控制传输速率)
DNS
SNMP

在UDP上实现可靠传输:

在应用层增加可靠性
应用特定的差错恢复

校验和:EDC,差错检验码

UDP校验和

目标:检测在被传输报文段中的差错(如比特反转)

发送方:

将报文段的内容视为一个个16比特的整数,不足的补0
校验和:报文段的加法和(1的补运输)
发送方将校验和放在UDP的校验和字段

接受方:

计算接受到的报文段的校验和
检查计算出的校验和与校验和字段的内容是否相等
- 不相等—检测到差错
- 相等—没检测到差错,但也许有差错—残存错误

即最高位进位要进到最低位去,最后结果取反码即为校验和

在接收方,将包括EDC在内的报文相加起来,为2^(16)-1,则通过校验

3.4 可靠数据传输(rdt)的原理

rdt_rcv大概是打错了,应该都是udt_rcv

即双向传输化rdt简化成单向传输rdt,而实现单向传输中,控制信息是双向的(需要给出反馈信息)

Rdt1.0: 在可靠信道上的可靠数据传输

同理,rdt_rcv应该是udt_rcv,此处应该是打错了

Rdt2.0: 具有比特差错的信道

Rdt2.1: ACK/NAK出错

即只要发送方没有接受到正确的ACK,都会重传当前分组,如果发送方已经成功收到该分组(通过分组内的序号识别?),则将其丢弃,再次发送ACK

packet通过校验后,通过序号是0还是1判断是否将数据传递给上层

Rdt2.2: 无NAK的协议

若ack出现错误,则sender重新发送packet,此时receiver根据packet中的序号判断是否重复

Rdt3.0 :具有比特差错和分组丢失的信道

要注意等待ACK状态中,接收到错误ACK后,不执行操作,直至超时后才重新发送packet

流水线协议:提高链路利用率

超时时间不合理仍能正常工作,但会导致packet都被发送多次

延迟时间:一个bit从发送方发出,到接受方接受所需要的时间—可以理解成车的行驶时间

带宽:每秒能发出多少个bit—可以理解为马路宽度,即每秒能发出多少辆车

由于每次发送需要等待接收方返回控制信息(ACK),就算链路的容量较大,由于每次发送的PDU较小,也无法有效利用其容量,如例子中吞吐量仅为270kbps

即一次发送多个PDU

通用:滑动窗口(slide window)协议

发送窗口:

发送窗口SW=1,接受窗口RW=1: S-W(stop and wait)协议—rdt3.0
发送窗口SW>1,接受窗口RW=1: GBN(回退N步)协议—流水线协议
发送窗口SW>1,接受窗口RW>1: SR(选择重传)协议—流水线协议

接受窗口:

接受窗口=1,比如罩住1时,若收到非1数据,都返回ACK0,收到1时,则返回ACK1,即GBN协议,只能顺序接受(其ACK包含累计确认的含义,即前X个都成功接收了)

若接受窗口>1,比如罩住1234,若收到2,则返回ACK2(但只有收到1时,尾沿才能移动),即SR协议

窗口互动:

比如发送方一次发送1~5,一共5个PDU,2~5都成功发送,由于GBN其接受窗口大小为1,2~5都被抛弃,然后产生了4个累计确认,然后超时重发机制又使得发送窗口内PDU全被发送一遍

假设发送了2,3,4,一共3个PDU,其中3,4都被接受到,返回ACK3和ACK4,而2超时,则超时重发机制会将2重新发送(而3,4不需要)

GBN协议和SR协议的异同

注意返回ACK1后不会立即发送2,而是等2的计时器超时,ACK决定的是窗口的后沿位置

注意上图中黑框为发送缓冲区的范围(发送后才加入发送窗口开始计时)

3.5 面向连接的传输: TCP

TCP:概述

全双工:二者可以同时向对方发送数据
物理链路中载荷大小有限,通过划定最大报文段大小,使数据分块分块后传输

TCP:报文段结构

注意序号是字节的序号,而不是前文中PDU的序号,如MSS大小为1024B,第一个MSS序号为0,则第二个MSS序号为1024,第n个MSS序号为1024*n(真实情况中,初始序号在握手时决定),而窗口大小也是以字节为单位
注意接受方若向发送方发送ACK555,则表示554及之前的字节都被成功接受,需要第555个字节(注意与前文差1)