传输局域网流量控制

11计算机网络信通系刘剑毅2第1章概述本章主要内容Z分组交换技术Z协议的概念Z层次化的网络体系结构Z开放系统互联参考模型(OSI/RM)ZTCP/IP体系结构Z计算机网络的分类31.
1计算机网络的产生和发展1946ENIVAC1952SAGE1960s'SABRE-11969ARPANET,Internet,1990s'WWW1996NGI41.
2计算机网络的技术基础——分组交换什么是交换Z按某种方式动态地分配传输线路资源.
例如,电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续.
用户挂机后则断开该线路,该线路又可分配给其它用户.
最初的交换:人工转接交换为什么要采用交换技术Z节省线路投资,提高线路利用率.
实现交换的方法主要有:电路交换、报文交换和分组交换.
5电路交换Z在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程.
可以是真正的物理线路,也可以是一个复用信道.
Z特点:数据传输前需要建立一条端到端的通路.
——称为"面向连接的"(典型例子:电话)Z过程:建立连接→通信→释放连接Z特点:一旦建立连接就独占线路,线路利用率低;Z不适用于计算机通信:因为计算机数据具有突发性的特点,真正传输数据的时间不到10%.
6电话网络中的电路交换呼叫时建立的物理铜质连接交换局27报文交换Z以报文为单位进行"存储-转发"交换的技术.
在交换过程中,交换设备将接收到的报文先存储,待信道空闲时再转发出去,一级一级中转,直到目的地.
这种数据传输技术称为存储-转发.
Z传输之前不需要建立端到端的连接,仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接.
——称为"无连接的"(典型例子:电报)Z整个报文(Message)作为一个整体一起发送.
Z优缺点:线路利用率高;大报文造成存储转发的延时过长,且对存储容量要求较高;出错后整个报文全部重发.
Z比较:下载时若无断点续传功能,一旦出错你会怎样做8分组交换(包交换)Z将报文分割成若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发.
Z数据传输前不需要建立一条端到端的通路——也是"无连接的".
Z优缺点:对转发结点的存储要求较低,转发延时小——适用于交互式通信;某个分组出错可以仅重发出错的分组——效率高;各分组可通过不同路径传输,容错性好.
需要分割报文和重组报文,增加了端站点的负担.
Z分组交换有两种交换方式:数据报方式和虚电路方式9数据报方式(Datagram)Z各分组独立地确定路由(传输路径)Z不能保证分组按序到达,所以目的站点需要按分组编号重新排序和组装S2分组1S3S1S5S4分组1分组1分组2分组2发送方ACKACKACKACK分组1接收方ACK:应答报文分组主机A主机BACK分组1分组2分组2S1-S5:分组交换机数据报方式不能保证分组按序到达H1H2H3H4H5H6分组可能通过多个路径穿越网络10虚电路方式(VirtualCircuit)Z通信前预先建立一条逻辑连接——虚电路类比:铁路系统(旅客/列车:分组,铁路网:网络,火车站:节点)Z"西安-北京"这条线路可以看成是一条虚路径Z也需要三个过程:建立-数据传输-拆除Z虚电路的路由在建立时确定,传输数据时则不再需要数据传输时只需指定虚电路号,分组即可按虚电路的路由穿越网络——"数字管道"Z提供的是"面向连接"的服务但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道,只是断续地依次占用传输路径上各个链路段——与铁路系统类比!
可以看成是采用了电路交换思想的分组交换能够保证分组按序到达11分组通过预先建立好的虚电路穿越网络H1H2H3H4H5H6虚电路12三种交换方式的事件顺序呼叫请求呼叫应答数据ABCD寻路延迟线路交换分组1分组2分组3ABCD分组交换分组4t报文ABCD排队延迟报文交换3131.
3协议与体系结构网络体系结构提出的背景——计算机网络的复杂性、异质性Z不同的通信介质——有线、无线、……Z不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设备、……Z不同的操作系统——Unix、Windows、……Z不同的软/硬件、接口和通信约定(协议)Z不同的应用环境——固定、移动、……Z不同种类业务——分时、交互、实时、……Z宝贵的投资和积累——有形、无形、……Z用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏14协议的定义通信协议通信协议::ZZ计算机之间计算机之间ZZ网络中所有的通信活动都是由协议所控制网络中所有的通信活动都是由协议所控制协议:定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动.
(语义、语法和时序)15通信协议的三要素语义Z对协议中各协议元素的含义的解释,例如:在HDLC协议中,标志Flag(7EH)表示报文的开始和结束在BSC协议中,SOH(01H)表示报文的开始,STX(02H)表示报文正文的开始,ETX(03H)表示报文正文的结束语法Z协议元素与数据的组合格式,即报文格式.
例如:时序Z通信过程中,通信双方操作的执行顺序和规则FlagAddressCtrlDataFCSSFlagSOHHEADSTXTEXTETXBCCBSCHDLC16确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认tt时序例释放连接数据传输建立连接17网络体系结构计算机网络中也采用了分层方法.
——把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题,在不同层上予以解决.
网络的层次结构方法要解决的问题:Z网络应该具有哪些层次每一层的功能是什么(分层与功能)Z各层之间的关系是怎样的它们如何进行交互(服务与接口)Z通信双方的数据传输要遵循哪些规则(协议)18层次结构方法的优点独立性强——耦合程度低Z上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务—黑箱方法.
适应性强Z只要服务和接口不变,每层的实现方法可任意改变.
易于实现和维护Z把复杂的系统分解成若干个涉及范围小、功能简单的子单元:使系统的结构清晰,实现、调试和维护变得简单和容易.
使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块.
419层次化方法在其它领域的应用程序设计Z把一个大的程序分解为若干个层次的小模块来实现,如操作系统.
邮政系统Z邮递员、邮政分局、邮政总局、邮政运输物流系统.
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20网络体系结构的定义网络体系结构::ZZ把计算机互连的功能划分成层次,并规定同层把计算机互连的功能划分成层次,并规定同层间通信的协议以及邻层间的接口和服务.
间通信的协议以及邻层间的接口和服务.
层、协议和层间接口的集合被称为计算机网络体系结构.
Z换句话说:体系结构包括三个内容:分层结构与每层的功能,服务与层间接口,协议.
21网络体系结构中:Z每层可能会有若干个协议Z一个协议只属于一个层次协议可以由软件或硬件来实现:Z网络通信协议软件、网络驱动程序Z网络硬件常用协议组:ZTCP/IP(Windows、Unix、Linux、…)ZNetBEUI(Windows)ZIPX/SPX(NetWare、Windows)22最早的网络体系结构源于IBM的SNA;Z其它的网络体系结构还有DEC的DECNET等由国际化标准组织ISO制定的网络体系结构国际标准是OSI/RM;实际中应用最广泛的是TCP/IP体系结构Z事实上的(defacto)标准23开放系统互连参考模型ISO/OSI(RM)基本概念:(N)实体:任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程.
对等层:两个不同系统的同级层次.
对等实体:分别位于不同系统对等层中的两个实体(N)服务:某一层及其以下各层的一种能力,通过接口提供给其相邻上层.
(N)协议:通信双方在通信中必须遵守的规则.
24系统A系统B实体对等层对等实体接口服务物理网络525开放系统互连参考模型ISO/OSI(RM)基本概念:(N)服务访问点;(N)服务连接点;服务原语:request,indication,response,confirm.
(N)连接;26PDU与SDU网络体系结构中,对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元(ProtocolDataUnit,PDU).
传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称:Z传输层——段(Segment)Z网络层——分组/包(Packet)Z数据链路层——帧(Frame)Z物理层——比特(Bit)PDU由协议控制信息(协议头)和数据(SDU)组成:协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息:Z地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息、…协议控制信息数据(SDU)27下层把上层的PDU作为本层的数据加以封装,然后加入本层的协议头部(和尾部)形成本层的PDU.
Z封装:就是在数据前面加上特定的协议头部.
因此,数据在源站自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程.
到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程.
——类比:发送信件Z数据在传输时,其外面实际上要被包封多层"信封".
数据协议头数据N+1层PDUN层PDU28数据多层封装数据段头数据段头数据分组头帧头段头数据分组头帧尾封装段分组帧拆封29在目的站,某一层只能识别由源站对等层封装的"信封",而对于被封装在"信封"内部的"数据"仅仅是拆封后将其提交给上层,本层不作任何处理.
Z每一层只处理本层的协议头部!
30网络分层体系结构P3P2P121321物理通信线路3N+1NN-1N+1NN-1Pn-1PnPn+1系统A系统Bz网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的z同一网络中,任意两个端系统必须具有相同的层次z每层使用其下层提供的服务,并向其上层提供服务z通信只在对等层间进行(间接的、逻辑的、虚拟的),非对等层之间不能互相"通信"z实际的物理通信只在最底层完成zPn:第n层协议,即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定631对等层通信的实质网络分层体系结构原理禁止不同主机的对等层之间进行直接通信.
实际上,每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信.
Z上层使用下层提供的服务——Serviceuser;Z下层向上层提供服务——Serviceprovider.
第n+1层是第n层的服务用户,第n-1层是第n层的服务提供者第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务32对等层通信的实质对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信;下层向上层提供服务;上层依赖下层提供的服务来与其它主机上的对等层通信;实际通信在最底层完成.
33321N+1NN-1213N+1NN-1源进程传送消息到目标进程的过程:Z消息送到源系统的最高层;Z从最高层开始,自上而下逐层封装;Z经物理线路传输到目标系统;Z目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封;Z由最高层将消息提交给目标进程.
目标进程源进程P3P2P1物理通信线路Pn-1PnPn+1消息消息逻辑通信34层操作元素差错控制Z使对等层的通信更加可靠流量控制Z控制发送端的速率,使接收端能来得及接收分段和合段,分块与合块Z发送端将数据块分成更小的单位,并在接收端重新组合复用和分流Z多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接令牌保序35OSI/RM的七层结构OSI/RM的体系结构分为7层应用层Application表示层Presentation会话层Session传输层Transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321为网络应用提供服务数据表示在用户间建立会话关系不同主机进程间的通信在主机间传输分组在节点间可靠地传输帧位流的透明传输36各层功能的概述物理层(physicallayer)Z任务:在物理媒体(介质)上正确地、透明地传送比特流.
Z协议(标准):规定了物理接口的各种特性:Z功能:建立和拆除物理连接、位流传输、管理Z例:RS-232、RS-449、V.
24、V.
35、G.
703/G.
704ZNote:传输媒体并不属于物理层737数据链路层(datalinklayer)Z任务:在两个相邻节点间可靠地传输数据,使之对网络层呈现为一条无错的链路.
Z功能与服务:建立与拆除数据链路连接组帧:帧封装,按顺序传送,处理返回的确认帧;定界与同步:产生/识别帧边界;差错检测/恢复:可靠的传输,CRC,ARQ;流量控制:抑止发送方的传输速率,使接收方来得及接收.
共享信道问题:解决共享介质访问时的冲突碰撞问题.
38网络层(networklayer)Z任务:选择合适的路由,把分组从源端传送到目的端.
Z功能与服务:在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接分段和合段:大数据块分段,小数据块组合路由选择和分组中转ZIP协议[RFC791]:提供无连接的数据报服务39Z路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径Z依据:速度,距离(步跳数),价格,拥塞程度路由器——路由表建立与维护Z静态:人工设置,只适用于小型网络Z动态:运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法——建立与维护路由表的方法Z距离向量算法:RIP、CGP等Z链路状态算法:OSPF等40链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.
25,ATM,…网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据(主机间的逻辑通信)Ethernet,X.
25,ATM,…41传输层(transportlayer)Z任务:在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输,使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节.
Z传输层的特点以上各层:面向应用,本层及以下各层:面向传输;只存在于端主机中;实现源主机到目的主机"端到端"的连接;42Z功能:多路复用与分流:Z多个传输连接共用一条网络连接;Z一条传输连接使用多个网络连接;进行数据分段并在目的端重新组装;传输连接的建立与释放;提供"面向连接"和"无连接"两种服务:ZTCP/IP协议:TCP和UDP流量控制,防止数据传输过载.
843传输层两种服务的比较ConnectionOrientedConnectionless参考模式电话系统邮政系统特点静态分配资源;传输前需要建立连接动态分配资源可靠性提供可靠的传输服务:无错、按序、无丢失/无重复不能防止报文的损坏、失序、丢失和重复对目的地址的要求仅在连接阶段需要完整的目的地址需要为每一个报文提供完整的目的地址适用场合在一段时间内向同一目的地发送大量报文;实时性要求少量零星报文分类及示例1.
可靠消息流-文件传输2.
可靠字节流-远程登录3.
不可靠连接-数字化声音1.
数据报-广播/组播2.
可靠的数据报-挂号邮件3.
请求应答-数据库查询44网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据(主机间的逻辑通信)Ethernet,X.
25,ATM,…传输层的任务……两端点间可靠的透明数据传输(应用进程间的逻辑通信)通信子网45会话层(Sessionlayer)负责数传之前的沟通,目的是建立传输时所遵循的规则:如双工模式、传输参数等.
表示层(Presentationlayer)协调数据的表示形式:如内码转换、压缩解压、加密解密等.
46应用层(applicationlayer)Z任务:为用户的应用进程提供网络通信服务.
Z功能:提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求;为用户提供服务,唯一面向用户的层次.
Z应用层协议的例子:OSI:ZVTP、MHS、FTAM、DS、…TCP/IP:ZTelnet、SMTP、FTP、DNS、HTTP、…47TCP/IP不是一个单个的协议,而是由数十个具有层次结构的协议组成的一个协议集.
ZTCP和IP是该协议集中的两个最重要的核心协议.
TCP/IP是Internet上的标准通信协议集.
TCP/IP以"请求注释"(RFC)文档发布:ZTCP[RFC768],UDP[RFC793]ZIP[RFC791]ZDNS[RFC1034,1035],FTP[RFC959,1635]TCP/IP体系结构48TCP/IP体系结构分为4层:Z应用层Z传输层Z网际层Z网络接口层=数据链路层+物理层applicationtransportinternetnetworkinterfacedatalinkphysical注:TCP/IP体系结构有时也采用5层表示方法,即用数据链路层和物理层代替网络接口层.
949TCP/IP与OSI/RM的对应关系OSI/RM和TCP/IP相结合的5层结构——原理体系结构:Z应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层应用层表示层会话层传输层物理层数据链路层网络层7654321OSI/RM应用层传输层网络接口层网际层TCP/IPPPP,HDLC,FDDI,Ethernet,802.
3,802.
5等等TCP/IP支持所有标准的物理层和数据链路层协议50Message(报文)Segment(段)Packet(分组)Frame(帧)Bit(比特)TCP/IP协议栈PDU应用层HTTP,FTP,SMTP,DNS,Telnet传输层TCP,UDP网络层IP,ICMP,ARP,RARP网络接口(数据链路层+物理层)PPP,Ethernet,Tokenring,ATM51TCP头应用层数据应用层数据TCP头应用层数据IP头帧头TCP头应用层数据IP头帧尾TCP/IP协议的封装过程应用层传输层网络层链路层52TCP/IP的网际层主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端.
网际层的核心协议——IP,提供了无连接的数据报传输服务(不保证送达,不保序).
其它重要协议:ZICMP(InternetControlMessageProtocol):主要用于传递控制消息;ZARP(AddressResolutionProtocol):为已知的IP地址确定相应的MAC地址;ZRARP(ReverseAddressResolutionProtocol):为已知的MAC地址确定相应的IP地址.
53网际层的四个主要协议应用层传输层网络接口网际层IPICMPARPRARPTCPUDP617IP传输层网际层IP分组中的协议域确定目的端的上层协议54TCP/IP的传输层传输层的主要功能:提供进程间可靠的传输服务.
传输层包括TCP和UDP两种传输协议:ZTCP是面向连接的传输协议.
在数据传输之前建立连接:把报文分解为多个段进行传输,在目的站再重新装配这些段,必要时重新传输没有收到或错误的段.
因此它是"可靠"的.
ZUDP是无连接的传输协议.
在数据传输之前不建立连接;对发送的段不进行校验和确认.
因此它是"不可靠"的.
应用层传输层网络接口网际层面向连接的TCP无连接的UDP1055FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP应用层传输层TCP和UDP都根据端口(port)号把信息提交给上层对应的协议(进程).
port56TCP/IP的应用层应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用提供了支持.
应用层传输层网络接口层网际层文件传输FTP、TFTP、NFS电子邮件SMTP、POP3WWW应用HTTP远程登录Telnet、rlogin网络管理SNMP名字管理DNS571.
4计算机网络的分类按地域范围分类Z局域网(LocalAreaNetwork,LAN)范围:小,100KM传输技术:宽带,延迟大,出错率高拓扑结构:不规则,点到点58按拓扑结构分类Z星形有一个中心节点,其它节点与其构成点到点连接Z树形一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成星形拓扑树形拓扑59按拓扑结构(续)Z总线所有节点挂接到一条总线上,广播式信道需要有介质访问控制规程以防止冲突Z环形所有节点连接成一个闭合的环,结点之间为点到点连接总线形拓扑环形拓扑60按拓扑结构分类(续)Z全连接点到点全连接,连接数随节点数的增长迅速增长(N(N-1)/2),使建造成本大大提高,只适用于节点数很少的广域网中Z不规则(网状)点到点部分连接,多用于广域网,由于连接的不完全性,需要有交换节点不规则拓扑全连接拓扑1161本章要点小结网络体系结构:分层+协议+接口与服务网络体系结构的层次模型:网络体系结构的一些基本概念Z实体、协议、协议数据单元、封装、服务以及它们之间的关系对等层通信的实质:Z信息是如何在端到端之间传输的协议的三要素:语义、语法、时序网络体系结构主要层次的功能:Z应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层