网络与分布式计算复习笔记

第三章运输层

3.1概述：

1，运输层协议为不同主机上的应用进程彼此之间提供了逻辑通信.

2,运输层协议是在端系统而不是网络中的路由器中实现的。也只工作在端系统。中间路由器既不识别也不处理运输层加载应用层报文的任何信息。

3，网络应用程序可以使用多种运输层协议。因特网有TCP和UDP两种运输层协议。

4，运输层位于网络层之上，为运行在不同主机上的应用程序之间提供了逻辑通信；而网络层则提供了主机之间的逻辑通信。

5，运输层提供的服务受到了底层网络协议的服务模型的限制。

6，因特网的网络层协议IP协议的服务模型是尽力而为的服务，它不做任何确保，不保证报文段的按序交付，更不保证报文段中的数据完整性。是不可靠服务

7，TCP和U DP最基本的任务是，将两个端系统间IP的交付服务扩展为运行在两个端系统上的进程之间的交付服务。

8，运输层的多路复用与多路分解：将主机间交付扩展到进程间交付。

9，进程间数据交付和差错检查是两种最低限度的运输层服务。也是UDP所能提供的仅有的两种服务。

10，TCP通过流量控制、序号、确认和定时器等技术，能抱着正确而有序地将数据从发送进程交付给接收进程。TCP还提供拥塞控制功能。

3.2 多路复用与多路分解

1，接收主机中的运输层实际上并没有把数据直接交付给进程，而是通过一个中间的套接字来传递；每个套接字都有唯一的标识符，其格式决定了它是UDP还是TCP套接字。

2，多路分解demultiplexing：将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字的工作。运输层通过检查每个运输层报文段的几个字段来标识套接字，然后将报文段定向到该套接字。

多路复用multiplexing:从在源主机的不同套接字中收集数据，并为每个数据块封装上首部信息（在多路分解时使用）从而生产报文段，然后将报文段传递到网络层的工作。

多路复用的要求：1，套接字有唯一的标识符；2，每个报文段有特殊字段来指示该报文段所要交付的套接字。这些特殊字段是源端口号字段（作为“返回地址”的一部分，在回发报文段时使用）和目的端口号字段。

端口号有16比特；0到1023范围的端口号成为周知端口号是受严格限制，保留给一些周知的应用层协议使用的。

多路分解的实现：主机上的每个套接字被分配一个端口号，当报文段到达主机时，运输层检查报文段中的目的端口号，并将其定向到相应的套接字。然后报文段中的数据通过套接字进入其所连接的进程。

3，无连接的多路复用与多路分解

DatagramSocket mySocket = new DatagramSocket(19157); //端口号也可以不指定，运输层//会自动为其分配一个端口号（1024到65535之间）。

一个UDP套接字是由一个包含目的IP地址和目的端口号的二元组来全面标识的。如果两个UDP报文段有不同的源IP地址或端口号，但具有相同的目的IP地址和端口号，它们将通过相同的套接字被定向到相同的目的进程。

4，面向连接的多路复用与多路分解

TCP套接字与UDP套接字不同在于，它是由一个四元组标识的（源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号）。如果两个TCP报文段具有不同的源IP地址或源端口号，它们将被定向到两个不同的套接字，除非TCP携带了初始创建连接的请求。

在使用多线程时，多个套接字连接到相同的进程。即进程与套接字不是一一对应的。

3.3 UDP 无连接运输

优点：1，应用层能更好地控制要发送的数据和发送时间；2，无需连接建立；3，无连接状态；分组首部开销小（TCP20个，UDP8个字节）。

UDP潜在的一个严重问题是，因为它没有拥塞控制，将可能引发UDP发送方和接收方的高丢包率，并挤垮有拥塞控制的TCP会话。

使用UDP的应用也是可以实现可靠的数据传输的，这需要在应用程序自身中建立可靠性机制来完成。

UDP报文段结构：源端口号，目的端口号，长度，检查和（提供差错检测，但不进行修复），报文。

UDP检查和：对报文段中所有16比特字的和进行1的补运算，求和时遇到的任何溢出都被丢弃。用于检查和确定当UDP报文段从源到目的地时，其中的鼻涕是否发生了变化。

UDP并不提供差错恢复。其差错检查遵循了端到端的设计原则。

3.4 可靠数据传输的原理

1，rdt 1.0 完全可靠信道上的可靠数据传输。。

2，rdt 2.0 具有比特差错信道上的可靠数据传输：使用了差错检查、肯定确认与否认；重传。是一种停等协议。发送放不会发送一块新的数据，直到发送方确认接收方已正确接收当前分组为止。

缺陷：ACK 或NAK分组受损的可能性没有考虑到。

解决方案：

首先，引入冗余分组，即只要接收到含糊不清的ACK或NAK，就要求重传数据。

然后，在数据分组中添加一个新字段，让发送方对其数据分组进行编号，即将发送数据分组的序号放在该字段。这样，接收方只需检查序号即可确定收到的分组是否一次重传，或是新的分组。

Rdt2.2:取消了NAK的使用，而使用冗余ACK

3，rdt 3.0 在具有比特差错的丢包信道上的可靠数据传输。

使用基于时间的重传机制。只要到达一定的时间，则不论是分组丢失（可能是发送过去的分组丢失了，也可能是接收方返回的ACK丢失了），还是超时（发送分组、处理分组、返回ACK的时间过长），发送方都进行重传动作。这时如果产生冗余分组，利用序号的方法即可解决（在rdt2.0中以提出）

4，可靠数据传输协议的要点：检查和（差错检查）、序号（解决冗余分组）、定时器（定时重传）、肯定确认和否认。

5，Rdt3.0还存在一个核心问题：它是一个停等协议。性能不够好。

解决方案：使用流水线技术，允许发送放发送多个分组而无需等待确认。

流水线引入的问题：

ａ，必须增加序号范围，因为每个传输的分组必须有一个唯一的序号。

ｂ，协议的发送和接收方也许必须缓存多个分组。

ｃ，解决流水线的差错恢复有两种基本方法：回退Ｎ步和选择重传。

6，回退N步协议go-back-N,允许发送方传输多个分组而不需等待确认，但它也受限于在流水线中未确认的分组数布恩那个超过最大允许数N。

GBN发送方必须响应三种类型的事件：

a,上层的调用。需要先检查发送窗口是否已满。

b,收到ack。对于序号为N的分组的确认用于累积确认。

c，超时事件。发送方重发所有已发送但还未被确认的分组。