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  • 网络层网络层提供两种服务

    万次阅读 2015-11-30 19:52:53
    本文主要说明网络层提供两种服务,一种是虚拟电路(Virtual-Circuit 称为VC),另外一种是数据报服务(datagram network)。这两种服务有各自的特点,以下将会详细讨论: 1、虚拟电路服务 虽然因特网是一个利用...

    本文主要说明网络层提供的两种服务,一种是虚拟电路(Virtual-Circuit 称为VC),另外一种是数据报服务(datagram network)。这两种服务有各自的特点,以下将会详细讨论:

    1、虚拟电路服务
    虽然因特网是一个利用数据报服务传输信息的,但是很多其他网络体系结构(例如ATM)使用的是虚拟电路网络。我们先通过电信网来了解虚拟电路,电信网进行的是面向连接的通信方式,使用昂贵的程控交换机(为了保证传输的可靠性),从而向用户提供可靠传输的服务。电信网把用户电话机产生的语音信号可靠地传输到对方的电话机。
    一条虚拟电路的组成有这些部分构成:
    (1)源主机和目的主机之间的路径(一些列链路和路由器)
    (2)路径中每一段链路都有一个VC号
    (3)路径中的每个路由器都有一个转发表
    每一次IP数据报跨越一台路由器创建一个新的连接,就在这个路由器的转发表中增加一个新的连接项。同样,每次施放一个链接,就从表中删除这一项。
    使用虚拟电路服务就一般是通过以下三个步骤:
    (1)虚拟电路的建立
    (2)数据传送
    (3)虚拟电路的拆除
    最后将简单举例说明第二个步骤,数据传送是怎么进行的:
    这里有一条线路为A ——> R1 ——> R2 ——> B(其中A和B是主机,R1和R2是路由器),三段链路的VC号码依次是11、22、33,IP数据报离开A的时候,首部中VC字段为11,然后经过了R1,将首部中VC字段变为22,然后经过了R2的时候将首部中的VC字段变为了33。

    2、数据报服务
    因特网采用的是数据报服务,而不是虚拟电路服务。当时这些先驱者通过对比电信网提供的可靠传输服务,提出了一些看法:电信网采用了可靠传输服务对电话业务是很合适的,原因是电信网的终端也就是电话机非常简单,没有差错处理的高级功能。但是电话服务又必须是可靠的,所以这就必须交给网络线路来处理,将传输变得更加可靠。但是相比电话机,计算机有很强的差错处理功能,所以可以采用另外一种设计思路。
    网络层上只是简单提供无连接的、简单灵活的、尽最大努力交付的数据报服务。在网络层是不提供可靠传输服务的,所以IP数据报是可能在传输过程中出现错误的。这种设计就使得网络中的路由器可以做的比较简单,而且价格低廉。而进行可靠传输是有主机中的运输层来做的(包括差错处理、流量控制等)(所谓的TCP/IP中的IP是不保证可靠传输的,而是交给了TCP来做的)。
    时至今日,互联网发展的规模已经非常大了,实践证明了这种思路确实是对的。
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  • 网络层提供两种服务

    千次阅读 2015-02-20 16:37:08
    网络层关注的是如何将分组从源端沿着网络路径送达目的端。...两种服务网络层应该向运输层提供怎样的服务? §虚电路服务 §数据报服务 因特网:数据报服务 网络层向上只提供简单灵活的、无

    网络层关注的是如何将分组从源端沿着网络路径送达目的端。

    在计算机网络领域,网络层应该向运输层提供怎样的服务(“面向连接”还是“无连接”)曾引起了长期的争论。

    争论焦点的实质就是:在计算机通信中,可靠交付应当由谁来负责?网络还是端系统

    两种服务:网络层应该向运输层提供怎样的服务?

    §虚电路服务
    §数据报服务


    因特网:数据报服务

    网络层向上只提供简单灵活的、无连接的尽最大努力交付数据报服务

    网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组(即 IP数据报)独立发送,与其前后的分组无关(不进行编号)。

    网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序(不按序到达终点),当然也不保证分组传送的时限。

    尽最大努力交付的好处:

    §由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务,这就使网络中的路由器可以做得比较简单,而且价格低廉(与电信网的交换机相比较)。
    §如果主机(即端系统)中的进程之间的通信需要是可靠的,那么就由网络的主机中的运输层负责(包括差错处理、流量控制等)。
    §采用这种设计思路的好处是:网络的造价大大降低,运行方式灵活,能够适应多种应用。
    §因特网能够发展到今日的规模,充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。


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  • 在计算机网络领域,网络层应该向运输层提供怎样的服务(“面向连接”还是“无连接”)曾引起了长期的争论。 争论焦点的实质就是:在计算机通信中,可靠交付应当由谁来负责?是网络还是端系统? 一观点:让网络...

    在计算机网络领域,网络层应该向运输层提供怎样的服务(“面向连接”还是“无连接”)曾引起了长期的争论。

    争论焦点的实质就是:在计算机通信中,可靠交付应当由谁来负责?是网络还是端系统?

    一种观点:让网络负责可靠交付

    这种观点认为,应借助于电信网的成功经验,让网络负责可靠交付,计算机网络应模仿电信网络,使用面向连接的通信方式。

    通信之前先建立虚电路(Virtual Circuit),以保证双方通信所需的一切网络资源。 如果再使用可靠传输的网络协议,就可使所发送的分组无差错按序到达终点,不丢失、不重复。

    虚电路是逻辑连接:虚电路表示这只是一条逻辑上的连接,分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送,而并不是真 正建立了一条物理连接。 请注意,电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似, 但并不完全一样。

    另一种观点:网络提供 数据报服务

    互联网的先驱者提出了一种崭新的网络设计思路。网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

    网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组 (即IP 数据报)独立发送,与其前后的分组无关 (不进行编号)。 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序(不按序到达终点), 当然也不保证分组传送的时限。

    尽最大努力交付:由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务,这就使网络中的路由器可以做得比较简单,而且价格低廉(与电信网的程控交换机相比较)。

    如果主机(即端系统)中的进程之间的通信需要是可靠的,那么就由网络的主机中的运输层负责可靠交付(包括差错处理、流量控制等)。

    采用这种设计思路的好处是:网络的造价大大降低, 运行方式灵活,能够适应多种应用。互连网能够发展到今日的规模,充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。

    虚电路服务与数据报服务的对比

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  • 计算机网络运输层

    千次阅读 2019-05-13 19:09:26
    运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信 运输层具有复用和分用特点(P204) 需要对报文进行差错检测 运输层下面的网络是不可靠的,但TCP的面向连接会使其相当于全双工的可靠信道 个对等运输实体在通信时传送的...

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    约定:本文是针对于《计算机网络》第七版(谢希仁)中第5章的知识点总结,不适合单独看,结合课本或者PPT中的图片复习更佳

    一、 运输层概述

    运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信

    • 运输层具有复用分用特点(P204)
    • 需要对报文进行差错检测
    • 运输层下面的网络是不可靠的,但TCP的面向连接会使其相当于全双工的可靠信道
    • 两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)
    • 端口是为了解决OS种类过多,无法锁定进程而诞生的

    二、 UDP(User Datagram Protocol)

    1. UDP概述
    • 非常简单,首部开销小只有复用/分用差错检错功能

    • 高效但不可靠交付(如视频传输)

    • 单播,广播,多播

    • 面向报文而非面向连接

    2. UDP首部格式
    • 源端口(2) + 目的端口(2) + 长度(2) + 检验和(2)
    • 长度最小值是8 = 2+2+2+2 (只有首部)
    • 计算检验和时,需要增加伪首部(是一个临时添加的UDP数据包,用完即毁)
    • 伪首部格式:源IP(4) + 目的IP(4) + 0(1) + 17(1) + UDP长度(2)

    三、 TCP(Transmission Control Protocol)

    1. TCP概述
    • 面向连接,把连接作为最基本的抽象
    • 面向字节流而非报文流
    • 一对一全双工的可靠交付
    • TCP连接的端点叫套接字(Socket)
    • TCP连接 = {Socket1,Socket2} = {(IP1:port1),(IP2:port2)}
    2. TCP 首部格式

    TCP 虽然时面向字节流的,但是传送的数据单元时报文段

    • 源端口(2B) + 目的端口(2B) + 序号seq(4B) + 确认号(4B) + 数据偏移(1B) + 0(6b) + URG(1b) + ACK(1b) + PSH(1b) + RST(1b) + SYN(1b) + FIN(1b) + 窗口(2B) + 检验和(2B) + 紧急指针(2B) + 选项(0-40B) + 填充(为了适应选项)
    • 选项中有 MSS 值,默认536B;窗口扩大选项(3B);时间戳 (10)
    • 应用程序把数据传到TCP发送缓存后,默认只要数据达到MSS字节就会封装成TCP报文发送出去
    • 序号是报文段发送数据的第一个字节的序号
    • 确认号是期望收到下个报文段的第一个数据字节的序号
    • 窗口是从确认号开始算起,接收方允许接收的数据量(cwind)
    3. 可靠传输的工作原理

    发现差错及时重传(可靠传输),同时来不及接收时会通知发送发降低速度(流量和拥塞控制)

    • 停止等待协议

      每发送完一个分组就停止发送,收到确认后再发送下一个

      ①. ARQ(Automatic Repeat Quest)

      • 发送设置一个超时计时器,用来超时重传
      • 发送方发送完分组后需要保留副本并进行编号
      • 接收方对重复发过来的分组要进行重复确认但要丢掉一个,同时接受方也要丢掉一个重复的确认

      ②. 信道利用率

      • U = Td/(Td + PTT + Ta)
      • 流水线式传输
    • 连续ARQ协议

      • 收到几个分组后对按需到达的最后的一个分组发送确认
    • 当通信线路不好时,连续ARQ会带来不好的影响

    4. TCP可靠传输的实现
    • 以字节为单位的滑动窗口

      • 3个指针把窗口分为:已发送并收到确认,已发送但未收到确认,允许发送但尚未发送,不允许发送
    • 窗口和缓存的关系

      对于发送发

      • 发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据
      • TCP已经发送但是未收到确认的数据

      对于接受方

      • 按序到达的,但尚未被接收的数据
      • 未按序到达的数据
    • 超时重传时间的选择

      公式

      • RTTs = ( 1 - α ) * RTTs + α * RTT
      • α = 1 / 8
      • RTTd = ( 1 - β ) * RTTd + β * | RTTs - RTT|
      • β = 1 / 4
      • RTO = RTTs + 4 * RTTd
      • 未重传时用上述公式,重传后需要用Karn算法

      选择确认SACK

    5. TCP的流量控制

    流量控制通过速度解决缓存问题

    • 接收方通过rwnd数值说明可接受的字节数

    • TCP的窗口单位是字节不是报文段

    • 死锁情况

      • 接收方把rwnd置为0一段时间后恢复rwnd但是发送方没有收到
      • 解决办法:每个连接有个持续计时器,发送方会向接收方隔段时间发送一个零窗口的探测报文段
    • Nagle算法

      • 和前面说到的MSS不是一种方法
      • 刚开始只发送一个字节,收到确认后再根据MSS或者MSS/2发送报文段
      • 让接收方等待一段时间释放缓存是为了解决糊涂窗口综合征
    6. TCP的拥塞控制

    拥塞是指网络资源小于需求。网络的吞吐量会随着负荷的增大而下降

    拥塞控制解决网络资源问题

    • 开环控制:设计网络时考虑周到,系统运行起来后不能改正

    • 闭环控制:基于反馈环路概念,动态解决

    • 判断拥塞的依据是出现了超时

    • 拥塞控制方法

      慢开始和拥塞避免

      • 最初发送窗口cwnd = (2 ~ 4 )SMSS
      • 增加量 = min(N, SMSS)
      • 当cwnd达到慢开始门限ssthresh时,停止慢开始算法
      • 采用拥塞避免算法,此时增加量 = 1
      • 当网络发生拥塞时,ssthresh = cwnd / 2, cwnd = 1

      快重传和快恢复

      • 如果超时不是发生了拥塞而是因为报文段丢失(3次ACK),就需要用快重传对丢失报文段迅速重传

      • 同时执行快恢复算法,ssthresh = cwnd / 2, cwnd = ssthresh

      • 之后执行拥塞避免算法

    • 发送方窗口上限值 = Min[rwnd, cwnd]

    • 主动队列管理AQM

      将拥塞控制和网络层联系起来

      • 尾部丢弃策略:报文丢失的原因可可能是网络层路由器的队列有限,把尾部的TCP报文丢弃
      • AQM是代替尾部丢弃策略的
      • 大概可以理解为随机丢弃(肯定不对,但是考试不考)
    7. TCP的运输连接管理
    • 三次握手
      • 客户 SYN = 1, seq = x 服务器
      • 服务器 SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack = x + 1 客户
      • 客户 ACK = 1, seq = x + 1, ack = y + 1 服务器
      • SYN是发起连接,ACK是确认连接,seq是序列号,ack是期待序列号
    • 四次挥手
      • 客户 FIN = 1, seq = u服务器
      • 服务器 ACK = 1, seq = v, ack = u + 1 客户
      • 服务器 FIN = 1, ACK = 1, seq = w + 1, ack = u + 1 客户
      • 客户 ACK = 1, seq = u + 1, ack = w + 2 服务器
      • 客户等待2MSL后关闭
      • FIN是发起关闭请求
    • 有限状态机
      • 图片请查阅课本

    四、 说明

    • 可靠并不是指收到的数据都是正确的,而是在正确的基础上保证数据传输的完整性
    • UDP在传输是也需要指定IP和PORT,只不过不称之为套接字而已
    • 不管是UDP还是TCP,它们最基本的封装单位都是报文,但是在传输过程中,对于UDP来说单位是报文,对于TCP来说单位是字节
    • cwind存在于接收窗口中,rwind存在于发送窗口;前者用于流量控制,声明接收方可以接收多少字段,后者用于拥塞控制,表示发送方可以一次性发送多少字段
    • 3次ACK中是为了确认报文丢失而不是拥塞
    • 我的理解是:3次握手中,第一次是检验客户的发送功能,第二次是检验服务器的发送和接收功能,第三次是检验客户的接收功能,但是课本上说第三次是为了防止客户发送两次,一次延时,服务器浪费资源
    • 建立连接后ACK都需要置位1
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  • 计算机网络(第7版) - 第五章 运输层 习题答案

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