(精品)TCP-IP协议簇设计原理V6.ppt

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1、2023/1/291DARPADARPA互联网协议设计理念互联网协议设计理念2012-7-42023/1/292引言引言q背景1973年，美国国防高等研究计划署(DARPA)第一次提出了互联网协议簇TCP/IP，时至今日，它已经在军事和商业系统中得到了广泛应用；q问题尽管已经存在很多描述TCP/IP协议簇的论文和规范，但是只从这些协议和规范很难推想出，为为什什么么协协议议簇是它现在存在的这个样子。簇是它现在存在的这个样子。2023/1/293介绍介绍q演化中的协议从最初的提议到目前的标准，经历了比较大的变化无连接服务的思想TCP和IP的分层结构互联网结构仍在发展当中有时新的扩展会挑战传统的法则

2、q了解协议历史的必要性影响了其他协议簇，如ISO无连接传输模式构型的协议在任何情况下,当前的设计扩展都是在历史的设计背景下提出的2023/1/294互联网架构的首要目标互联网架构的首要目标q开发一个有效的技术，对现有的互相连通的网络进行多路复用，包括三个方面的内容：将所有网络连通提供更大的服务一个想法是将现有网络进行连通一个想法是将现有网络进行连通另一个想法是设计一个统一标准的系统，可以包容不同的传输媒介多路复用技术一个是分组交换技术一个是分组交换技术另一个是线路交换网络互连技术网关作为通信处理机网关作为通信处理机2023/1/295次级目标次级目标q互联网协议的有效性包含以下方面：在网络和网

3、关出故障时，互联网通信必须能够继续进行；互联网必须支持多种类型的通讯服务；互联网结构必须能够适应各种网络结构；互联网结构必须允许分布式的资源管理；互联网结构必须考虑成本效益；互联网结构必须允许主机连接，而且代价要小；互联网结构使用的资源必须是可解释的，有说明的；q对于上面的列表，不同的排列顺序，代表不同特点的重要性，会产生一个完全不同的网络架构，从而应用于不同的环境中。2023/1/296次级目标次级目标1：面对故障时的存活能力：面对故障时的存活能力q存活能力是指，网络或网关出现闪断故障时，互联网能继续提供服务的能力；进一步来讲，即正在进行会话的状态信息必须被保护好，有两种方式：信息备份状态被

4、保存在网络中间的分组交换节点，缺点：因为这种情况下备份本身的分散特性，用来确保备份健壮性的算法很难构造；命运共享在网络的末端获取并收集状态信息，优优点点：可防护任何数目的中间媒介故障、比信息备份容易建造的多；缺缺点点：网关中没有任何当前连接基本状态信息、主机被赋予太多的信任，易导致机器上得应用无法运行2023/1/297次级目标次级目标2：提供多种类型服务：提供多种类型服务q传输层应该支持多种服务类型多种服务类型：区别在于对网络速度、时延、可靠性的要求不同传统服务类型提供可靠的双向数据传递陆续出现一些TCP协议无法支持的服务：实时数字音频传输TCP/IP分层TCP提供可靠的顺序的数据流服务IP

5、提供数据报服务，为其他服务提供底层支持对底层网络要求不要求底层网络支持多种服务，而是在基本的数据报层之上，在主机和网关上通过算法实现多种服务但是一些底层网络对多种服务支持并不好2023/1/298次级目标次级目标3：支持多种底层网络：支持多种底层网络q因特网架构对底层网络要求很少要求：能传输包或数据报；数据包大小合理，至少100bytes；可靠性合理但并不要求绝对可靠；有合理的寻址机制不要求：可靠传输、有序传输、网络层广播和多播、报文优先级划分、对多种服务的支持、对传输失败、传输速度、时延的感知q当需要基本服务以外的服务时选择1：底层网络直接支持选择2：每个主机的网络接口模拟这些服务2023/

6、1/299次级目标：其他目标次级目标：其他目标q分布式管理现有因特网有几个不同的管理中心，管理区域内部用私有路由算法，管理区域间可以交换路由表由资源使用策略制约的路由算法是互联网的一个难题，因此多管理域环境下的资源管理是个重要方向q有效性报文头部典型的为40bytes，所以传输短数据时效率很低重传是端到端的，而不是在底层网络重传，从而影响效率。但如果错包率较小，可以接受2023/1/2910次级目标：其他目标次级目标：其他目标q主机联网代价需要在这个主机上实现相关协议，但是随着人们经验的增多，这已经不再困难主机故障导致网络故障由于服务在每个主机实现，因此主机故障也会带来网络问题，从而影响网络可

7、靠性网络健壮性命运共享主机故障导致网络问题q资源可计数计数网络包数量因为商业用途中会重视internet网络中的资源分析、监控和管理2023/1/2911架构与实现架构与实现q因特网架构的目标：在传输层提供灵活的服务q因特网服务实现的决定因素：软件和底层网络2023/1/2912架构与实现架构与实现q实现是指在因特网架构下互联起来的网络、网关、主机的集合：服务在带宽方面数量级不同 服务在延迟方面的数量级不同 网关和路径上的冗余度不同2023/1/2913架构与实现架构与实现q架构设计者面临的问题：如何辅助网络实现设计者设计特定类型的服务？协议模拟器能完成协议逻辑上的检查，却不能限制性能一些设计

8、在逻辑上正确，但在性能上成数量级下降，导致设计失败原因：性能不达标主要因为协议所在的操作系统而不是协议本身。2023/1/2914架构与实现架构与实现q架构设计者面临的问题：如何辅助网络实现设计者设计特定类型的服务？另一种辅助工具是仿真器：考虑服务在特定实现、特定负载下的性能，但是不可能对所有情况进行仿真。2023/1/2915架构与实现架构与实现q是否要将性能约束加入因特网架构中？因特网在传输层提供灵活的服务，不应限制性能不存在有效地描述性能的工具2023/1/2916IP数据报数据报q因特网的基本结构特征是使用数据报作为实体在网络中传输q数据报的重要性减少了中间结点对连接状态的需要，在失败

9、后无需关心状态即可重构连接数据报提供了一个基本的构造单元，可以实现各种类型的服务数据报可以在各种网络上传输2023/1/2917IP数据报数据报q一些误解：数据报服务与一些高层的非连接服务是大致相同的诸如域名服务等一些少量的上层服务是用的数据报基本功能，大多数都是在IP数据报的基础上加上很多限制。数据报服务更多的是构成其他服务的基础模块2023/1/2918TCPTCP(Transmission Control Protocol)：一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。2023/1/2919TCPqTCP演化：TCP在形成一个合理稳定的标准之前经历了多个版本的修改RFC793:T

10、RANSMISSION CONTROL PROTOCOL DARPA INTERNET PROGRAM PROTOCOL SPECIFICATION描述了TCP的基本功能RFC813：WINDOW AND ACKNOWLEDGEMENT STRATEGY IN TCP阐述了TCP中流量控制以及确认机制的实现方法是RFC814：NAME,ADDRESSES,PORTS,AND ROUTES阐述了端口的特性和作用是 RFC1122：Requirements for Internet Hosts-Communication Layers阐明了许多TCP协议的实现要求RFC2581：TCP Conge

11、stion Control描述了避免过度拥塞的算法是 RFC3168：The Addition of Explicit Congestion Notification(ECN)to IP 描述了对明显拥塞的报告2023/1/2920TCPq流控的确认机制为什么使用字节流确认？方便插入控制字节大的数据包可以被拆分成多个小的数据包多个小的数据包可以组合成一个大的数据包qEOL（End Of Letter）请求远端将本TCP报文段立即传送给其应用层，而不要等到整个缓存都填满了之后再向上交付。EOL标识位后来被PSH标志位代替2023/1/2921发展方向发展方向qTCP/IP框架已经取得了很大成功，协议广泛用于军事和商业环境中q数据报协议虽然已经能够满足Internet大部分需求，但是有些需求还不能够满足，如资源管理q下一代互联网架构中的数据报协议也需要考虑对服务类型的支持，比如网关记录经过它的流的状态信息，这样的状态信息使得互联网对资源进行管理2023/1/2922谢谢 谢！谢！