数据通信与计算机网络 第八章 运输层
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18
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
对等流控的目的是为了限制数据（TPDU）的发送速度， 因为： 接收方用户可能跟不上数据流。 接收方运输实体可能跟不上TPDU流。
运输实体通过缓冲区实现对等流控的几种措施： 1. 接收运输实体什么都不做。 2. 用网络服务来完成。 3. 滑动窗口机制 4. 信用量方案
AK2 AK2 AK3 AK4 AK5 AK6 AK7 AK0？
34
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
对于连接释放后的重复问题就比较难处理，特别是连接释 放后在同一对运输实体之间又建立一条新的连接时更易产 生问题。
解决办法： 序号跨越连接 使用连接标识符
35
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
可靠的顺序网络服务
可接受任意长的信息 百分之百地可靠 按顺序传递数据到目的地
讨论3个问题
复用 流量控制 连接建立和终止
15
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
复用 运输协议实现对运输服务用户的复用：多个用户使用同 一个运输协议，它们通过TSAP加以区分。 对于网络服务而言，运输实体也实现复用： 多条运输连接复用一条网络连接； 一条运输连接可以使用多条网络连接。 对应有2种复用 向上复用：复用/解复用 向下复用：分流/合流
8
8.2 运输协议机制
从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提 供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用 户功能中的最低层。
面向信息处理 面向通信
应用层 运输层
用户功能 网络功能
9
8.2 运输协议机制
运输协议数据单元（Transport Protocol Data Unit，TPDU）
使用运输服务的实体可以是会话实体，也可以直接是应用
实体（运输服务用户、TS用户）。
2
8.1.1 运输服务
运输层通过运输服务原语向运输用户提供服务。
阶段 连 接 建 立
数 据 传 输
连 接 释 放
服务
建 立 连 接
常 规 数 据
加 速 数 据
释 放 连 接
原语 T-Connect.Req T-Connect.Ind T-Connect.Rsp T-Connect.Cnf T-Data.Req T-Data.Ind
运输 实体B
运输用户B
T-Disconnect.Cnf
DR TPDU DC TPDU
T-Disconnect.Ind T-Data.Req
丢失
23
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
可靠无序网络服务 网络服务百分之百可靠 数据长度为任意 但可能有失序情况发生
讨论1个问题：对于这种网络服务，为什么必须使用序 号来标明各TPDU之间的关系？ 流控中的问题 连接建立中的问题
TS用户数据 TS用户数据
TS用户数据 连接释放原因，TS用户数据
5
8.1.2 服务质量
服务质量（Quality of Service，QoS） QoS衡量运输层的总体性能。
为满足运输层QoS，运输层需要弥补网络层服务质量的缺 陷。 如果网络层服务质量比较高，那么运输层实现比较简单； 如果网络层服务质量比较低，那么运输层实现比较复杂。
QoS5 QoS0
QoS3 QoS0
QoS4 QoS0
运输实体 TE2
QoS0:最低QoS
QoS3:TE2建议的QoS
QoS1:TSU1期望的Qos
QoS4:TSU2可接受的QoS
QoS2:TE1建议的QoS
QoS5:各方都能接受的QoS
通常：QoS1 QoS2 QoS3 QoS4 QoS5 QoS0
16
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
2种类型的流量控制
层内流控（对等流控）：指同一层内的实体之间的
流量控制。 TS用 户 A
TS用 户 B
运输实体a
运输实体b
网络层
17
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
层间流控：指不同层实体之间的流控。
实体1
数据 确认
确认 数据
实体2
一层实体向另一层实体发出信息时必须得到该实体的 同意，从而实现这两个层次之间的流量控制。
6
8.1.2 服务质量
服务质量参数 连接建立延迟 连接建立失败概率 吞吐量 残留差错率 传输延迟 保护性 优先权 回弹率
7
8.1.2 服务质量
QoS协商（选项协商）
运输服 务用户
TSU1
运输服 务用户
TSU2
QoS5 QoS0
QoS1 QoS0
运输实体 TE1
QoS2 QoS0
19
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
信用量方案 方案的基本组成部分有：发送窗口与接收窗口，每个窗 口又有上缘和下缘。 对发送窗口，建立连接后，下缘置为0，上缘是对等 运输实体给出的信用量，发送一个TPDU后，下缘加 1，上缘通过AK TPDU调整，上缘和下缘之间的差即 是可发送的TPDU数，当上缘和下缘重合时不能发送 TPDU； 对接收窗口，初始时下缘置为0，确认后作调整，上 缘是对等实体的信用量，上缘和下缘之差表示可接收 的TPDU数，发信用量后调整。
5 43
A收到 AK 7 CREDIT 7
7 6
0
1 2
5 43
N=0 N=1 N=2
N=3 N=4 AK 2 CREDIT 5
N=5 N=6 N=7 AK 7 CREDIT 7
TPDU的确认和流量控制是分开的。
7 01
6
2
5 43
B可以接受 7DT TPDU
B确认3DT TPDU 并可再收5个DT TPDU 即发送AK 2 CREDIT 5
T-Expedited-Data.Req T-Expedited-Data.Ind
T-Disconnect.Req T-Disconnect.Ind
参数 被呼地址，主呼地址，选项，服务质量，TS用户数据 被呼地址，主呼地址，选项，服务质量，TS用户数据 响应地址，选项，服务质量，TS用户数据 响应地址，选项，服务质量，TS用户数据 TS用户数据 TS用户数据
7 01
6
2
5 43
B确认5个DT TPDU
并可再收7个DT TPDU
即发送AK 7 CREDIT 7
7 01
6
2
5 43
21
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
连接建立
运输用户A
运输 实体A
T-Connect. Req
运输 实体B
运输用户B
CR TPDU
T-Connect. Ind
T-Connect. Cnf (Refuse)
寻址例：一个时间服务进程
13
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
A型网络提供可靠的网络服务，其上的运输协议比较简单。 A型网络服务可分为三种情况：
可靠、顺序、信息长度任意的网络服务 可靠、无序、信息长度任意的网络服务 可靠、无序、信息长度不能超过最大长度的网络服务
14
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
重建连接计时器 在同一对用户之间从释放连接到建立另一条连接间的最 小时间
窗口计时器 重发CR计时器 保持计时器TR 不活动计时器I
AK TPDU间的最大时间 重发CR TPDU的时间 收不到确认而终止连接的时间 收不到TPDU而终止连接的时间
32
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
重复检测 三种可能产生重复的情况 可以用序号来识别重复，但处理起来并不很容易。 分两种情况对待： 在连接释放前收到重复TPDU。 在连接释放后收到重复TPDU。
C型网络 网络服务不可靠，不仅有数据丢失、失序，而且有网络复位、连接 断开等。 相应的运输实体是最复杂和最困难的。
讨论6个问题 重传策略 重复检测 流量控制 连接建立 连接释放 崩溃恢复
29
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
重传策略 需要重传的两种情况 TPDU信息被破坏，但能到达目的运输实体； TPDU没有到达目的地。
20
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
信用量方案例
A可以发送 7DT TPDU
7 01
6
2
A发送3个 DT TPDU
5 43 7 01
6
2
5 43
A继续发送
7 01
2个DT TPDU 6
2
5 43
A收到 AK 2 CREDIT 5
7 6
5
0 4
1 2
3
7 01
A继续发送3个 6
2
DT TPDU
如何解决当系统崩溃时无法知道序号或连接标识符的问 题？ 引入生存期的概念：每个TPDU在通信子网中停留时 间不能超过生存期。 可用的技术 受限制的子网设计。 每个TPDU设置一个站计数器。 每个TPDU加上时间信息。
26
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
可靠有限长网络服务 网络服务不能接受任意长数据，即TPDU长度不能超过 某一最大值。 如果用户要求发送的数据块超过最大值，那么必须把数 据分割成较小的段，然后一段一段发送，接收方再把这 些段拼接成块，然后再交给用户。 需要有一个块结束标志EOT，运输实体收到带有 EOT的DT TPDU后，把前面收到的没有EOT的DT TPDU顺序拼接在一起交给用户。
TPDU
含义
CR
运输连接请求，要求与对等运输实体建立运输连接
CC
确认，对CR TPDU的确认
DR
释放请求，要求释放与对等运输实体之间的运输连接
DC
确认，对DR TPDU的确认
DT，DATA
数据，一个运输实体向对等运输实体发送用户数据
AK，ACK
确认，对数据TPDU的认可
REJ，REJECT 拒绝，对数据TPDU拒绝接受
第八章 运输层
8.1 运输服务和服务质量 8.2 运输协议机制 8.3 TCP协议 8.4 Socket编程
1
运输层
运输层是OSI模型的第四层，它承上启下，是整个网络协 议体系的核心。
运输层的主要职能是在源计算机到目的计算机之间提供可 靠的、经济的数据传送服务。服务是由运输实体（运输服 务提供者）来完成的，它使用网络层提供的服务，独立于 所使用的物理网络。
27
8.2.3 B型网络服务上的运输协议
B型网络服务：数据传输可靠（但可能不按顺序），但可 能有网络故障。
在任何情况下，运输实体必须能从数据丢失或网络连接断 开中得到恢复。序号是一种有效的手段。
序号也是一种处理网络故障的有效手段。 网络连接复位 网络连接断开
28
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
33
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
对于连接释放前收到重复TPDU，需注意两种情况： 可能多个AK TPDU确认同一个DT TPDU； 在TPDU生存期内发生序号循环。
运输实体A
N=0 N=1 N=2 N=0 N=1 N=3 N=4 N=5 N=6 N=7 N=0
延迟 延迟分组
运输实体B
使用确认-超时方法检测是否出现需要重传的情况。 接收运输实体确认每个成功的TPDU 。 使用重传计时器判断超时。
30
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
如何设置合适的重传计时器值？ 计时器值固定 基于观察值
31
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
运输层部分重要计时器
计时器
说明
重传计时器T1 重发一个未确认的TPDU
24
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
无序网络服务流控中的问题
运输实体A
运输实体B
N=0
N=1
N=2
.
N=3
.
N=4
.
N=5Baidu Nhomakorabea
AK 1 CREDIT 5 AK 1 CREDIT 3
25
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
无序网络服务连接建立中的问题
运输实体A CR TPDU
运输实体B
CC TPDU DT TPDU DR TPDU
T-Connect. Cnf (Refuse/Accept)
CC TPDU (Refuse)
CC TPDU (Refuse/Accept)
T-Connect. Rsp (Refuse/Accept)
22
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
连接释放
运输用户A
运输 实体A
T-Disconnect.Req
10
8.2 运输协议机制
根据与用户要求的差错行为有关的质量对网络服 务分类： A型网络服务 B型网络服务 C型网络服务
11
8.2.1 寻址
运输层寻址：运输服务访问点（Transport Service
Access Point，TSAP）。
运输层用户
TSAP
运输实体
NSAP
网络层实体 及下层实体
运输协议 TPDU
网络
运输层用户
运输实体
网络层实体 及下层实体
12
8.2.1 寻址
相对于TSAP，网络层寻址为网络服务访问点（Network Service Access Point，NSAP）。
TCP/IP协议中 TSAP即TCP为端口号（port number） NSAP即IP地址 NSAP（IP地址）和TSAP（TCP端口号）的结合唯一 地标识了一个主机上的一个应用进程。
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
对等流控的目的是为了限制数据（TPDU）的发送速度， 因为： 接收方用户可能跟不上数据流。 接收方运输实体可能跟不上TPDU流。
运输实体通过缓冲区实现对等流控的几种措施： 1. 接收运输实体什么都不做。 2. 用网络服务来完成。 3. 滑动窗口机制 4. 信用量方案
AK2 AK2 AK3 AK4 AK5 AK6 AK7 AK0？
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8.2.4 C型网络服务上的运输协议
对于连接释放后的重复问题就比较难处理，特别是连接释 放后在同一对运输实体之间又建立一条新的连接时更易产 生问题。
解决办法： 序号跨越连接 使用连接标识符
35
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
可靠的顺序网络服务
可接受任意长的信息 百分之百地可靠 按顺序传递数据到目的地
讨论3个问题
复用 流量控制 连接建立和终止
15
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
复用 运输协议实现对运输服务用户的复用：多个用户使用同 一个运输协议，它们通过TSAP加以区分。 对于网络服务而言，运输实体也实现复用： 多条运输连接复用一条网络连接； 一条运输连接可以使用多条网络连接。 对应有2种复用 向上复用：复用/解复用 向下复用：分流/合流
8
8.2 运输协议机制
从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提 供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用 户功能中的最低层。
面向信息处理 面向通信
应用层 运输层
用户功能 网络功能
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8.2 运输协议机制
运输协议数据单元（Transport Protocol Data Unit，TPDU）
使用运输服务的实体可以是会话实体，也可以直接是应用
实体（运输服务用户、TS用户）。
2
8.1.1 运输服务
运输层通过运输服务原语向运输用户提供服务。
阶段 连 接 建 立
数 据 传 输
连 接 释 放
服务
建 立 连 接
常 规 数 据
加 速 数 据
释 放 连 接
原语 T-Connect.Req T-Connect.Ind T-Connect.Rsp T-Connect.Cnf T-Data.Req T-Data.Ind
运输 实体B
运输用户B
T-Disconnect.Cnf
DR TPDU DC TPDU
T-Disconnect.Ind T-Data.Req
丢失
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
可靠无序网络服务 网络服务百分之百可靠 数据长度为任意 但可能有失序情况发生
讨论1个问题：对于这种网络服务，为什么必须使用序 号来标明各TPDU之间的关系？ 流控中的问题 连接建立中的问题
TS用户数据 TS用户数据
TS用户数据 连接释放原因，TS用户数据
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8.1.2 服务质量
服务质量（Quality of Service，QoS） QoS衡量运输层的总体性能。
为满足运输层QoS，运输层需要弥补网络层服务质量的缺 陷。 如果网络层服务质量比较高，那么运输层实现比较简单； 如果网络层服务质量比较低，那么运输层实现比较复杂。
QoS5 QoS0
QoS3 QoS0
QoS4 QoS0
运输实体 TE2
QoS0:最低QoS
QoS3:TE2建议的QoS
QoS1:TSU1期望的Qos
QoS4:TSU2可接受的QoS
QoS2:TE1建议的QoS
QoS5:各方都能接受的QoS
通常：QoS1 QoS2 QoS3 QoS4 QoS5 QoS0
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
2种类型的流量控制
层内流控（对等流控）：指同一层内的实体之间的
流量控制。 TS用 户 A
TS用 户 B
运输实体a
运输实体b
网络层
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
层间流控：指不同层实体之间的流控。
实体1
数据 确认
确认 数据
实体2
一层实体向另一层实体发出信息时必须得到该实体的 同意，从而实现这两个层次之间的流量控制。
6
8.1.2 服务质量
服务质量参数 连接建立延迟 连接建立失败概率 吞吐量 残留差错率 传输延迟 保护性 优先权 回弹率
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8.1.2 服务质量
QoS协商（选项协商）
运输服 务用户
TSU1
运输服 务用户
TSU2
QoS5 QoS0
QoS1 QoS0
运输实体 TE1
QoS2 QoS0
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
信用量方案 方案的基本组成部分有：发送窗口与接收窗口，每个窗 口又有上缘和下缘。 对发送窗口，建立连接后，下缘置为0，上缘是对等 运输实体给出的信用量，发送一个TPDU后，下缘加 1，上缘通过AK TPDU调整，上缘和下缘之间的差即 是可发送的TPDU数，当上缘和下缘重合时不能发送 TPDU； 对接收窗口，初始时下缘置为0，确认后作调整，上 缘是对等实体的信用量，上缘和下缘之差表示可接收 的TPDU数，发信用量后调整。
5 43
A收到 AK 7 CREDIT 7
7 6
0
1 2
5 43
N=0 N=1 N=2
N=3 N=4 AK 2 CREDIT 5
N=5 N=6 N=7 AK 7 CREDIT 7
TPDU的确认和流量控制是分开的。
7 01
6
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5 43
B可以接受 7DT TPDU
B确认3DT TPDU 并可再收5个DT TPDU 即发送AK 2 CREDIT 5
T-Expedited-Data.Req T-Expedited-Data.Ind
T-Disconnect.Req T-Disconnect.Ind
参数 被呼地址，主呼地址，选项，服务质量，TS用户数据 被呼地址，主呼地址，选项，服务质量，TS用户数据 响应地址，选项，服务质量，TS用户数据 响应地址，选项，服务质量，TS用户数据 TS用户数据 TS用户数据
7 01
6
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5 43
B确认5个DT TPDU
并可再收7个DT TPDU
即发送AK 7 CREDIT 7
7 01
6
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
连接建立
运输用户A
运输 实体A
T-Connect. Req
运输 实体B
运输用户B
CR TPDU
T-Connect. Ind
T-Connect. Cnf (Refuse)
寻址例：一个时间服务进程
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
A型网络提供可靠的网络服务，其上的运输协议比较简单。 A型网络服务可分为三种情况：
可靠、顺序、信息长度任意的网络服务 可靠、无序、信息长度任意的网络服务 可靠、无序、信息长度不能超过最大长度的网络服务
14
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
重建连接计时器 在同一对用户之间从释放连接到建立另一条连接间的最 小时间
窗口计时器 重发CR计时器 保持计时器TR 不活动计时器I
AK TPDU间的最大时间 重发CR TPDU的时间 收不到确认而终止连接的时间 收不到TPDU而终止连接的时间
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8.2.4 C型网络服务上的运输协议
重复检测 三种可能产生重复的情况 可以用序号来识别重复，但处理起来并不很容易。 分两种情况对待： 在连接释放前收到重复TPDU。 在连接释放后收到重复TPDU。
C型网络 网络服务不可靠，不仅有数据丢失、失序，而且有网络复位、连接 断开等。 相应的运输实体是最复杂和最困难的。
讨论6个问题 重传策略 重复检测 流量控制 连接建立 连接释放 崩溃恢复
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8.2.4 C型网络服务上的运输协议
重传策略 需要重传的两种情况 TPDU信息被破坏，但能到达目的运输实体； TPDU没有到达目的地。
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
信用量方案例
A可以发送 7DT TPDU
7 01
6
2
A发送3个 DT TPDU
5 43 7 01
6
2
5 43
A继续发送
7 01
2个DT TPDU 6
2
5 43
A收到 AK 2 CREDIT 5
7 6
5
0 4
1 2
3
7 01
A继续发送3个 6
2
DT TPDU
如何解决当系统崩溃时无法知道序号或连接标识符的问 题？ 引入生存期的概念：每个TPDU在通信子网中停留时 间不能超过生存期。 可用的技术 受限制的子网设计。 每个TPDU设置一个站计数器。 每个TPDU加上时间信息。
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8.2.2 A型网络服务上的运输协议
可靠有限长网络服务 网络服务不能接受任意长数据，即TPDU长度不能超过 某一最大值。 如果用户要求发送的数据块超过最大值，那么必须把数 据分割成较小的段，然后一段一段发送，接收方再把这 些段拼接成块，然后再交给用户。 需要有一个块结束标志EOT，运输实体收到带有 EOT的DT TPDU后，把前面收到的没有EOT的DT TPDU顺序拼接在一起交给用户。
TPDU
含义
CR
运输连接请求，要求与对等运输实体建立运输连接
CC
确认，对CR TPDU的确认
DR
释放请求，要求释放与对等运输实体之间的运输连接
DC
确认，对DR TPDU的确认
DT，DATA
数据，一个运输实体向对等运输实体发送用户数据
AK，ACK
确认，对数据TPDU的认可
REJ，REJECT 拒绝，对数据TPDU拒绝接受
第八章 运输层
8.1 运输服务和服务质量 8.2 运输协议机制 8.3 TCP协议 8.4 Socket编程
1
运输层
运输层是OSI模型的第四层，它承上启下，是整个网络协 议体系的核心。
运输层的主要职能是在源计算机到目的计算机之间提供可 靠的、经济的数据传送服务。服务是由运输实体（运输服 务提供者）来完成的，它使用网络层提供的服务，独立于 所使用的物理网络。
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8.2.3 B型网络服务上的运输协议
B型网络服务：数据传输可靠（但可能不按顺序），但可 能有网络故障。
在任何情况下，运输实体必须能从数据丢失或网络连接断 开中得到恢复。序号是一种有效的手段。
序号也是一种处理网络故障的有效手段。 网络连接复位 网络连接断开
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8.2.4 C型网络服务上的运输协议
33
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
对于连接释放前收到重复TPDU，需注意两种情况： 可能多个AK TPDU确认同一个DT TPDU； 在TPDU生存期内发生序号循环。
运输实体A
N=0 N=1 N=2 N=0 N=1 N=3 N=4 N=5 N=6 N=7 N=0
延迟 延迟分组
运输实体B
使用确认-超时方法检测是否出现需要重传的情况。 接收运输实体确认每个成功的TPDU 。 使用重传计时器判断超时。
30
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
如何设置合适的重传计时器值？ 计时器值固定 基于观察值
31
8.2.4 C型网络服务上的运输协议
运输层部分重要计时器
计时器
说明
重传计时器T1 重发一个未确认的TPDU
24
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
无序网络服务流控中的问题
运输实体A
运输实体B
N=0
N=1
N=2
.
N=3
.
N=4
.
N=5Baidu Nhomakorabea
AK 1 CREDIT 5 AK 1 CREDIT 3
25
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
无序网络服务连接建立中的问题
运输实体A CR TPDU
运输实体B
CC TPDU DT TPDU DR TPDU
T-Connect. Cnf (Refuse/Accept)
CC TPDU (Refuse)
CC TPDU (Refuse/Accept)
T-Connect. Rsp (Refuse/Accept)
22
8.2.2 A型网络服务上的运输协议
连接释放
运输用户A
运输 实体A
T-Disconnect.Req
10
8.2 运输协议机制
根据与用户要求的差错行为有关的质量对网络服 务分类： A型网络服务 B型网络服务 C型网络服务
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8.2.1 寻址
运输层寻址：运输服务访问点（Transport Service
Access Point，TSAP）。
运输层用户
TSAP
运输实体
NSAP
网络层实体 及下层实体
运输协议 TPDU
网络
运输层用户
运输实体
网络层实体 及下层实体
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8.2.1 寻址
相对于TSAP，网络层寻址为网络服务访问点（Network Service Access Point，NSAP）。
TCP/IP协议中 TSAP即TCP为端口号（port number） NSAP即IP地址 NSAP（IP地址）和TSAP（TCP端口号）的结合唯一 地标识了一个主机上的一个应用进程。