第9章 传送服务与端—端通信

第9章传送服务与端—端通信9．1 OSI／RM中的传送层9．1．1 传送层功能与服务9．1．2 传送层协议9．2 端—端服务与进程间通信9．2．1 端-端数据传送服务9．2．2 可靠的端—端传送联结9．3 传送层实例9．3．1 因特网的传输层9．3．2 传输控制协议TCP9．3．3 用户数据报协议UDP9．4 网络服务质量体系9．4．1 网络服务质量体系概述9．4．2 综合服务体系9．4．3 区分服务体系到目前为止，主要讲述了网络本身的各种通信技术问题，一直没有把这种通信的概念扩展到作为网络用户的计算机系统(通常简称为主机或端系统)。

利用网络的通信，不管是什么类型的网络，也不管是单个网络还是互联网络，都只是为主机之间提供一条实现端到端的数据通路以及在这条通路上的数据搬运而已。

所以，主机之间的通信又叫端-端通信，这是真正触及到用户主机进程的网络通信。

在OSI／RM定义中，涉及端到端主机之间数据传送的功能集合，被定义为一个功能层，即传送层。

本章的开头仍然是从OSI／RM定义出发，简要阐述有关传送层功能、服务、传送协议定义等的规范性内容，然后从原理上讨论端-端通信所涉及的主要问题，进而介绍因特网的可靠传送控制协议机理。

最后，简单讨论与传送层核心功能密切相关的“网络服务质量体系”有关问题，以此充实本章的内容。

9．1 OSI/RM中的传送层在OSI／RM中，传送层(Transport Layer)是第4层。

人们习惯把1~3层功能称为低层功能，是由物理网络所完成的数据通信功能集合：而把5~7层功能称为高层功能，是由各端系统内部进程所完成的面向应用的功能集合。

传送层就处在高／低功能集的中间，表现出它在网络体系结构中从通信到应用的重要作用。

9．1．1 传送层功能与服务1．传送层功能概括地说，传送层的整体功能是要为端系统内的进程之间实现高质量的、高效率的透明数据传输。

它通过补充和完善下层网络通信服务质量的差异和不足，向上提供统一服务质量(以下简称QoS)的可靠的端到端传输联结和透明数据传输服务。

这里可从两个侧面来理解。

(1)关于进程间的数据传输在OSI／RM中，把处于计算机和终端等通信系统上的应用进程间的通信功能，用7层模型表示，各层都有自己的通信协议，看来都与通信有关。

但是，从相互通信的对象来看，仍可分为“计算机系统间通信”和“计算机进程间通信”，这一点上，OSI／RM把1~3层的作用确定为系统间通信功能；把4层以上的作用确定为进程间通信功能。

所以，以前各章中所述的各种交换网、局域网、广域网、互联网、移动网等有关协议，都是指系统间通信协议，而不是进程间通信协议。

另外，还可以把数据传输和利用数据传输进行有效的信息传输分开来考虑，这是因为在进程之间处理的是具有某种含义的数据(即信息)，这与单纯的数据搬移是有区别的。

用这种观点来看OSI／RM，从1-4层都是进行单纯的端到端数据搬移，而第5层以上，则是利用低层的数据搬移功能，实现和管理对含义信息的传输和处理，以此完成进程间所需要的通信。

因此，传送层作为处在正中间的第4层，起着保证进程间数据传输的重要作用。

在OSI／RM的功能分担中，会话层以上根本不必理会数据传输中出现的传输差错与恢复等，只要管理好进程间信息的生成、表示及协调对话等即可。

当把信息传送到会晤层后，它就会原封不动地将数据送给接收对象。

(2)服务与协议的关系由于传送层执行进程间通信的数据传输功能，所以使用这种功能的会话层便向它提出进程间通信所需要的传输条件方面的请求。

这种请求，用传送联结建立服务原语的质量参数(通常称为QoS 参数)来传递。

在QoS参数中，有吞吐量、传输迟延、漏检差错率、网络联结断开或清除的故障率，以及通信网络费用等。

因此，对于传送层来说，就需要有保证与会晤层所要求的服务质量相吻合的数据传输功能和协议。

为了实现此功能，传送层也就需要事先知道网络联结的服务质量QoS，并且根据不同的网络服务质量来定义相匹配的传送服务和协议规格(传送协议等级)，以便最佳地利用网络通信资源来向上提供统一质量的传送服务。

可见，在与会晤层的接口上，传送服务定义可以被单一化，而在协议规格上，却需要按照网络联结的服务质量的不同做出调整和选择，这也成为传送层功能的一个重要方面。

2．传送服务OSI／RM所定义的传送层服务用户与传送服务提供方的关系，如图9—1所示。

显然，会晤层实体即是传送服务用户(或简称“TS用户”)，而传送层实体则是会晤层的服务提供者。

传送服务的主要目的，是在不同网络服务可靠性方面提供透明度。

网络服务负责将数据从一个端系统传送到另一个端系统，与此同时，传送服务负责确认这一事件是否发生。

如果使用面向联结的网络服务，则传送服务工作可大大简化，但在其他方面需保持一致的服务标准。

图9-1 传送服务逻辑结构图传送层应该为它的传送服务用户提供如下服务。

(1)为发送和接收传送服务数据单元TSDU提供本地与远地传送服务用户之间建立传送联结的手段。

(2)传送联结建立时，用服务质量QoS参数对进程间通信时所要求的数据传送特性进行协商。

(3)在传送服务用户之间提供透明的数据传送手段。

也就是说，一个传送服务用户通过传送联结，可将8比特字节单元的数据，原封不动地传送给另一个传送服务用户。

(4)在进行数据的发送和接收时，应提供用以控制发送端传送服务用户发送的数据量的控制功能，即流量控制功能。

(5)在传送服务用户之间事先取得一致意见的情况下，提供对优先传送服务数据单元的传送功能。

(6)提供五条件拆除传送联结的手段。

9．1．2传送层协议传送层为了处理可用的不同类型网络服务而获得统一的传送服务质量，ISO的标准规定采用以不同的传送协议规格(协议类)来匹配不同网络服务的方法，从而定义了5类传送协议；口0类协议：简单类；口1类协议：基本差错恢复类；口2类协议：简单与多路复用类；口3类协议：基本差错恢复与多路复用类口4类协议：差错检测与恢复类。

对这些协议类的选择，可在传送联结建立时协商确定，这时必须考虑如下的情况口TS用户发出的传送联结建立请求和应答的指示内容；口网络服务的质量；口传送服务要求的服务与成本(通信费用)之间的关系。

关于网络服务的质量，假定了以下3种网络类型用作协议类选择的基准：口A型网络：具有可容许的残留差错率和故障率；口B型网络：具有可容许的残留差错率和不能容许的故障率；口C型网络：具有不能容许的残留差错率和故障率。

各类协议的特征简要说明如下。

(1)0类协议特征0类协议具有最小的功能集，由带有协商功能的联结建立、分段数据传送和出错报告等功能构成。

这类协议没有多路复用、切断和网络联结NC的故障恢复以及加急数据传送等功能，流量控制也是直接使用网络服务中的流量控制功能。

联结建立时，不允许用户数据的传送，只传送地址和T-PDU的长度参数。

由于不具有对TC的切断用的协议成分，所以网络联结NC的切断就意味着传送联结的切断。

0类协议被假定匹配于A型网络服务，与CCITT的T．70有互换性。

(2)1类协议特征1类协议被假定匹配于B型网络服务，具有在网络联结切断和重置时的恢复功能。

这类协议除了有网络联结的故障恢复功能外，还有加急数据传送、显式切断功能和对网络联结的再利用能力，并服从网络服务的流量控制。

另外，在传送联结建立时，也可以进行用户数据传送，但没有让多个传送联结共用一条网络联结的多路复用功能。

1类协议基本上是针对X．25分组交换网这类面向联结型网络服务CONS而设置的。

(3)2类协议特征2类协议具有让多个传送联结共用一条网络联结的多路复用功能，也可以用可选项来选择流量控制功能以便消除通信子网中的拥塞现象。

这类协议没有对网络联结的故障检测和故障恢复能力，因此当发生网络联结的切断或重置时，传送联结也会被切断，并报告给传送服务用户。

通常执行传送联结切断时采用显式切断。

2类协议与0类协议相比，增加了多路复用、通过计账机构的流量控制、传送联结建立时的用户数据传送、加急数据传送以及显式的传送联结切断功能等。

当没有采用流量控制可选项时，不允许加急数据传送。

2类协议被假定匹配于A型网络服务。

(4)3类协议特征3类协议是在采用流量控制可选项的2类协议的功能中，增加了发生网络联结切断及重置时的故障恢复功能。

3类协议被假定匹配于B型网络服务。

(5)4类协议特征4类协议是在3类协议的基础上，增加了对T-PDU的丢失、重叠和乱序的检测及恢复功能。

为此还预备了各种定时附加规程。

4类协议是“装备非常精良”的传送协议，即使下层的质量很差，也可以保证端—端之间的可靠数据传送。

4类协议被假定匹配于C型网络服务，且通常是无联结型网络服务CLNS。

最后，为了清晰起见，用图9-2来表示传送协议类与假定的网络类型之间的匹配关系。

图9-2 传送协议类与网络类型的匹配关系9．2 端—端服务与进程间通信实现端-端通信的传送层，在计算机通信体系结构中处于非常特殊的地位，并起到非常重要的作用。

可以说，传送层是保障计算机数据传输质量的最后一道“关卡”，所以它的工作原理和协议机制要比较低层次的情况更复杂一些。

另外，在大多数应用中，应用层实体或系统的应用进程可以直接访问传送层。

所以，在一个主机系统的开放环境中，可以没有会晤层和表示层，甚至应用层，但是不能没有传送层。

9．2．1 端-端数据传送服务这里，暂且抛开OSI股M的模型规范，而从计算机通信的基本原理上，再对传送层作用以及它所实现的端到端数据传输的机理，进行理解性的讨论。

1．传送层的“端—端”通信概念可以从两个观点来看传送层。

若从面向通信和面向信息处理来划分，则传送层属于面向通信的低层结构中的最高层。

若从网络功能和用户功能来划分，则传送层又属于用户功能中的最低层。

所以，人们也称传送层为中间层。

不管怎么划分，关键在于真正理解传送层的地位和作用。

(1)实现真正主机间的进程通信先回忆一下在前面各章中所讨论过的通信子网各层的作用。

物理层完成在一条链路上透明地传送比特流；数据链路层则增强了物理层所提供的服务，它使得相邻节点所构成的可能会出差错的链路能够传送无差错的帧(按序、无丢失、不重复)。

网络层又在数据链路层的基础上，提供路由选择、流量控制以及网络互连的功能，使一个端系统向另一个端系统发送的分组能按照合适的路径到达目的地。

以上就是通信子网向端系统这一级所提供的服务。

对于通信子网的用户，希望得到的是端到端的可靠通信服务。

所谓“端到端”，。

即从某一端主机的进程到另一端主机的进程，例如从主机A的进程APA到主机B的进程APB。

有时还可能希望得到其他的服务，例如将多对进程之间的通信复用到一个网络连接上。

(2)屏蔽子网差异，使高层的通信与子网无关不同的通信子网所能提供的服务往往是不一样的。

为了能使通信子网的用户得到一个统一的通信服务，就有必要设置一个传送层——它能弥补各个通信子网提供的服务的差异和不足，而在各通信子网提供服务的基础上，利用本身的通信协议来增加服务功能，使得对两端的网络用户来说，各通信子网都变成是透明的，而对各子网的用户，面向通信的传送接口就变成是通用的。