本科課程：計算機網絡（三）

傳輸層

多路複用
多路分用
傳輸層的目標：

• provide logical communication between app processes running on different hosts

傳輸層和網絡層的關係

network layer：

• logical communication between hosts 主機之間的傳輸

transport layer：

• logical communication between processes 進程之間的傳輸

傳輸層的工作流程

transport protocols（TCP、UDP) run in end systems 傳輸協議工作在端系統

• Send side: breaks app messages into segments, passes to network layer 把應用層的報文分段發送，體現了多路複用
• Receive side: reassembles segments into messages, passes to app layer 再把報文組合起來，發送給應用層，體現了多路分用

傳輸層的多路複用和多路分用

multiplexing at sender 多路複用：
將一個數據包分爲多段（在應用層），併爲每個數據封裝加入頭部數據生成一個segment報文段，通過socket接口發送給網絡層

demultiplexing at receiver 多路分用:
收到多個報文段，傳輸層根據頭部數據的目標端口號分給不同的socket，再給到相應的進程

Connectionless demultiplexing 不建立連接的多路分用（UDP）

UDP protocol is unreliable, unordered delivery

二元組標識：

• destination IP address
• destination port

跟目標的ip地址和端口號有關，跟源地址和端口號無關

Connection-oriented demux 面向連接的多路複用（TCP）

TCP protocol is reliable, in-order delivery

四元組標識：

• source IP address
• source port number
• dest IP address
• dest port number

會爲每個連接開啓不同的socket

服務端有主進程，當外部有報文進來的時候，主進程會創建一個子進程與之通信，所以一個主進程會對應多個socket，每個socket通過四元組屬性標識一個源主機（的某個socket）

一般採用多線程機制，線程耗用資源比進程少得多

一個進程對應多個線程，一個線程對應一個socket

可靠的數據傳輸原則

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reliable data transfer protocol （rdt）可靠數據傳輸協議
可以令數據在不可靠的信道上進行可靠傳輸
udt_send() ：被可靠傳輸協議調用，作用是在不可靠信道中傳輸數據
rdt_rcv() ：接收到不可靠信道中數據

FSM（finite state machines ）有限狀態機表示

事件或者操作引起狀態1向狀態2轉變

可靠傳輸協議1.0版本（rdt 1.0）

• no bit errors
• no loss of packets

可靠傳輸協議2.0版本（rdt 2.0）

• checksum to detect bit errors
  差錯檢測，並且發送反饋，如果有錯誤，發送端重傳數據

control message：

• acknowledgements (ACKs): receiver explicitly tells sender that pkt received OK
• negative acknowledgements (NAKs): receiver explicitly tells sender that pkt had errors
• sender retransmits pkt on receipt of NAK

FSM 表示

當沒有錯誤時：
當有錯誤時：

可靠傳輸協議2.1版本（rdt 2.1）

發送方的FSM

有錯誤時的處理過程：
無錯時的處理過程：

接收方的FSM

有錯誤時的處理過程：
無錯時的處理過程：

2.1和2.0版本的區別

1. 放送方兩個序號就足夠用了
2. 2.0發送方需要兩個狀態機表示，
3. 2.1沒辦法判斷接受方是否知道發送方？？？？？

可靠傳輸協議2.2版本（rdt 2.2）

只使用ACK肯定報文

可靠傳輸協議3.0版本（rdt 3.0）

考慮到丟包和錯誤

流水線傳輸協議（Pipelined protocols）

傳輸層的UDP協議

UDP segments may be:

• lost packet
• delivered out-of-order 有可能導致接收方接受報文時無序，這時候應該

UDP used：

• streaming multimedia apps
• DNS
• SNMP

UDP 報文頭

length：in bytes of UDP segment, including header 用戶數據報的總長度，以字節爲單位
checksum：detect “errors” in transmitted segment 檢測 UDP 用戶數據報在傳輸中是否有錯

UDP中的校驗和機制

UDP的校驗和 = 僞首部 + 首部 + 數據部分，一起都檢驗
僞首部：

UDP檢驗和的計算方法是：

1. 按每16位求和得出一個32位的數；
2. 如果這個32位的數，高16位不爲0，則高16位加低16位再得到一個32位的數；
3. 重複第2步直到高16位爲0，將低16位取反，得到校驗和。
   

傳輸層的TCP協議