第7章传输层1精选PPT.ppt
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1、第7章 传输层1第1页,本讲稿共61页本章学习要求:n了解:网络环境中分布式进程通的基本概念。了解:网络环境中分布式进程通的基本概念。n掌握:进程相互作用的掌握:进程相互作用的Client/Server模型。模型。n掌握:传输层的基本功能与服务质量。掌握:传输层的基本功能与服务质量。n掌握:用户数据报协议掌握:用户数据报协议UDP。n掌握:传输控制协议掌握:传输控制协议TCP。2第2页,本讲稿共61页7.1 网络环境中分布式进程通信的基本概念3第3页,本讲稿共61页n网络层及以下的各层实现了网络中网络层及以下的各层实现了网络中主机之间主机之间的通信的通信;n传输层的主要目的就是要实现分布在不同
2、地理位置的主机之传输层的主要目的就是要实现分布在不同地理位置的主机之间的间的进程通信进程通信,以实现各种网络服务功能。,以实现各种网络服务功能。4第4页,本讲稿共61页7.1.1 单机系统中的进程通信方法 n程序和进程程序和进程n程序程序是一个在时间上按照严格次序的前后相继的操作是一个在时间上按照严格次序的前后相继的操作序列,是一个静态的概念;序列,是一个静态的概念;n进程是一个动态的概念,它是进程是一个动态的概念,它是一个程序对某个数据集的执一个程序对某个数据集的执行过程行过程。5第5页,本讲稿共61页n进程的状态:进程的状态:n正在运行的进程叫做运行态;正在运行的进程叫做运行态;n等待分配
3、等待分配CPUCPU的进程叫做就绪态;的进程叫做就绪态;n等待其他的条件的进程叫做等待态;等待其他的条件的进程叫做等待态;n操作系统操作系统对进程的创建、撤消与状态转换进行控制。对进程的创建、撤消与状态转换进行控制。n从进程的观点看,操作系统的核心则是控制和协调这些进程的运从进程的观点看,操作系统的核心则是控制和协调这些进程的运行,解决进程之间的通信;行,解决进程之间的通信;n单机系统:集中式的进程管理机制单机系统:集中式的进程管理机制。6第6页,本讲稿共61页7.1.2 网络环境中分布式进程通信的特点计算机网络:计算机网络:“计算机网络是计算机网络是分布分布在不同地理位置的多台在不同地理位置
4、的多台独立独立的计算机系统的计算机系统的集合的集合”。n“独立的计算机系统独立的计算机系统”意味着连网的每一台计算机的操作与资源意味着连网的每一台计算机的操作与资源是由自己的操作系统所管理;是由自己的操作系统所管理;n用户共享的网络资源及网络所能提供的服务功能最终是通用户共享的网络资源及网络所能提供的服务功能最终是通过网络环境中的过网络环境中的分布式进程通信分布式进程通信来实现的。来实现的。7第7页,本讲稿共61页网络环境中的进程通信与单机系统内部的进程通信的主要区别:网络环境中的进程通信与单机系统内部的进程通信的主要区别:n网络中主机的高度自治性;网络中主机的高度自治性;n不是在同一个主机系
5、统之中,没有一个统一的高层进行控制与管理;不是在同一个主机系统之中,没有一个统一的高层进行控制与管理;n网络中一台主机对其他主机的信息一概无从知道网络中一台主机对其他主机的信息一概无从知道 活动状态;活动状态;各个进程状态;各个进程状态;这些进程什么时间参与网络活动;这些进程什么时间参与网络活动;希望与网络中哪一台主机的什么进程通信。希望与网络中哪一台主机的什么进程通信。8第8页,本讲稿共61页1.网络环境中分布式进程通信需要解决:n进程命名与寻址方法进程命名与寻址方法n多重协议的识别多重协议的识别n进程间相互作用的模式进程间相互作用的模式9第9页,本讲稿共61页2.网络环境中进程标识n在一台
6、计算机中,不同的进程用进程号或进程标识在一台计算机中,不同的进程用进程号或进程标识(process ID)惟一地标识出来。惟一地标识出来。n网络环境中完整的进程标识应该是:网络环境中完整的进程标识应该是:本地主机地址本地主机地址-本地进程标识本地进程标识;远程主机地址远程主机地址-远程进程标识。远程进程标识。n进程地址也叫做进程地址也叫做端口号端口号(port number)。)。10第10页,本讲稿共61页3.多重协议的识别nTCP/IP的传输层协议:的传输层协议:nTCP协议:协议:17nUDP协议:协议:6n网络环境中网络环境中一个进程一个进程的的全网惟一的标识全网惟一的标识需要一个需要
7、一个三元组三元组来表示:来表示:n协议,本地地址,本地端口号协议,本地地址,本地端口号n网络环境中一个完整的网络环境中一个完整的进程通信进程通信标识需要一个标识需要一个五元组五元组来表示:来表示:n协议协议 本地地址本地地址 本地端口号本地端口号 远地地址远地地址 远地端口号远地端口号11第11页,本讲稿共61页7.1.3 进程间相互作用模式:Client/Server模型1.Client/Server模型的基本概念n每台联网的计算机的每台联网的计算机的硬件、软件与数据资源硬件、软件与数据资源应该既是应该既是本地用户可以使用的资源,也是网络的其他主机的本地用户可以使用的资源,也是网络的其他主机
8、的用户可以用户可以共享的资源共享的资源;n资源资源通过通过“服务服务”为其他用户提供接入点;为其他用户提供接入点;n每一项网络服务都是对应一个每一项网络服务都是对应一个“服务程序服务程序”进程进程。12第12页,本讲稿共61页n在在TCP/IP协议体系中,进程间的相互作用采用协议体系中,进程间的相互作用采用客户客户/服务器服务器(Client/Server)模型模型;n客户与服务器分别表示相互通信的两个应用程序的进程客户与服务器分别表示相互通信的两个应用程序的进程;n客户向服务器发出服务请求,服务器响应客户的请求,提供客户客户向服务器发出服务请求,服务器响应客户的请求,提供客户机所需要的网络服
9、务。机所需要的网络服务。13第13页,本讲稿共61页2.为什么要采用客户机/服务器模型?网络资源分布的不均匀性网络资源分布的不均匀性n网络资源分布的不均匀性表现在硬件、软件和数据等三个方网络资源分布的不均匀性表现在硬件、软件和数据等三个方面面;n网络资源分布的不均匀性是客观存在的,同时也是网络应用网络资源分布的不均匀性是客观存在的,同时也是网络应用系统设计者的设计思想的体现系统设计者的设计思想的体现;n网络不同结点之间在硬件配置、计算能力、存储能力,以及数据分网络不同结点之间在硬件配置、计算能力、存储能力,以及数据分布等方面存在不均匀性布等方面存在不均匀性 “资源共享资源共享”;n能力强、资源
10、丰富的充当能力强、资源丰富的充当服务器服务器,能力弱或需要某种资源的成为,能力弱或需要某种资源的成为客户客户。14第14页,本讲稿共61页网络环境中进程通信的异步性网络环境中进程通信的异步性 n分布在不同主机系统中的进程什么时间发出通信请求,希分布在不同主机系统中的进程什么时间发出通信请求,希望和哪一台主机的哪一个进程通信,以及对方进程是否能望和哪一台主机的哪一个进程通信,以及对方进程是否能接受通信请求是接受通信请求是不确定不确定的的;n网络分布式进程之间网络分布式进程之间不存在不存在一个高层的调度与协调一个高层的调度与协调;n必须要建立一个体制,为通信的进程必须要建立一个体制,为通信的进程建
11、立连接建立连接,在进程交换数据,在进程交换数据的过程中的过程中维护连接维护连接,为数据交换提供同步。,为数据交换提供同步。15第15页,本讲稿共61页n客客 户户 一次进程通信中发起的一方;一次进程通信中发起的一方;n每一次通信由客户进程每一次通信由客户进程随机发起随机发起;n服务器服务器 接受进程通信的请求,提供服务的一方;接受进程通信的请求,提供服务的一方;n服务器进程服务器进程一直处于等待状态一直处于等待状态,及时响应客户服务请求。,及时响应客户服务请求。客户/服务器模型16第16页,本讲稿共61页7.1.4 进程通信中Client/Server模型实现方法n客户机客户机/服务器模型的工
12、作实质是服务器模型的工作实质是“请求驱动请求驱动”;n客户进程客户进程随机随机发出发出请求请求,在同一个时刻,可能有多个客户,在同一个时刻,可能有多个客户进程向一个服务器发出服务请求;进程向一个服务器发出服务请求;n服务器服务器随时提供随时提供服务。服务。n在服务器的设计中要解决:在服务器的设计中要解决:n并发请求处理能力并发请求处理能力n并发服务器的进程标识并发服务器的进程标识17第17页,本讲稿共61页解决服务器处理并发请求的基本方案解决服务器处理并发请求的基本方案:n并发服务器;并发服务器;n重复服务器。重复服务器。18第18页,本讲稿共61页并发服务器(concurrent serve
13、r)n并发服务器的核心是使用一个并发服务器的核心是使用一个守护程序守护程序(daemon););n守护程序:守护程序:n随系统启动随系统启动;n在没有客户的服务请求到达时,并发服务器处于在没有客户的服务请求到达时,并发服务器处于等待状态等待状态;n一旦客户机的服务请求到达,服务器根据客户的服务请求的进程号,去一旦客户机的服务请求到达,服务器根据客户的服务请求的进程号,去激活相激活相应的子进程应的子进程,而服务器,而服务器回到等待状态回到等待状态;n并发服务器叫做主服务器(并发服务器叫做主服务器(master),),把子服务器叫做从服务器把子服务器叫做从服务器(slave););n主服务器必须拥
14、有一个全网公认的进程地址;主服务器必须拥有一个全网公认的进程地址;n网络中的客户进程可以根据服务器进程的网络中的客户进程可以根据服务器进程的公认地址公认地址,向服务器提,向服务器提出服务请求。出服务请求。19第19页,本讲稿共61页客户与并发服务器建立传输连接的过程客户与并发服务器建立传输连接的过程20第20页,本讲稿共61页重复服务器(interative server)n通过设置一个通过设置一个请求队列请求队列来存储客户机的服务请求;来存储客户机的服务请求;n服务器采用服务器采用先来先服务先来先服务的原则来顺序处理客户机的服务的原则来顺序处理客户机的服务请求。请求。21第21页,本讲稿共6
15、1页比较并发服务器并发服务器:n并发服务器可以并发服务器可以同时处理同时处理多个客户的服务请求;多个客户的服务请求;n从服务器不依赖主服务器而独立处理客户服务请求;从服务器不依赖主服务器而独立处理客户服务请求;n系统的系统的实时性实时性好。好。重复服务器重复服务器:n处理客户的服务请求的数量受到请求队列长度的限制,处理客户的服务请求的数量受到请求队列长度的限制,但可以有效地但可以有效地控制资源的使用控制资源的使用.n并发服务器适应于面向连接的服务类型;并发服务器适应于面向连接的服务类型;n重复服务器适应于无连接的服务类型。重复服务器适应于无连接的服务类型。22第22页,本讲稿共61页n主动启动
16、与服务器进程通信的主动启动与服务器进程通信的程序程序叫做客户;叫做客户;n服务器是一个用来提供某种服务的,有特殊权限的服务器是一个用来提供某种服务的,有特殊权限的专用专用程序程序;n关系:服务器程序接受来自客户的服务关系:服务器程序接受来自客户的服务请求请求,提供提供一一种服务;种服务;n客户客户/服务器是服务器是进程间进程间相互作用关系的模型;而非固定相互作用关系的模型;而非固定的主机。的主机。23第23页,本讲稿共61页7.2 传输层的基本功能7.2.1 端-端通信的概念n多段点对点信道的连接;多段点对点信道的连接;n进程间的通信;进程间的通信;n为应用层提供服务;为应用层提供服务;n保证
17、通信的可靠性和质量。保证通信的可靠性和质量。24第24页,本讲稿共61页7.2.2 传输层协议的基本功能1.传输层在协议层次结构中的位置n传输层的目标:向上层传输层的目标:向上层屏蔽通信子网屏蔽通信子网在技术、设计上在技术、设计上的差异和服务质量的不足,为应用层进程之间的通信的差异和服务质量的不足,为应用层进程之间的通信提提供有效、可靠、保证质量的服务;供有效、可靠、保证质量的服务;n从通信和信息处理的角度看,应用层是从通信和信息处理的角度看,应用层是面向信息面向信息处理处理的,而传输层是的,而传输层是面向数据流面向数据流,为应用层提供通信服务为应用层提供通信服务的。的。n传输层和数据链路层很
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