第7章传输层优秀PPT.ppt
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1、第七章 传输层 学习要求l驾驭:网络环境中分布式进程通信的基本概念。l驾驭:进程相互作用的Client/Server模型。l驾驭:传输层的基本功能与服务质量。l驾驭:用户数据报协议UDP。l驾驭:传输限制协议TCP。1参考模型结构参考模型结构2本章学问点结构本章学问点结构37.1 网络环境中分布式进程通信的基本概念l 4网络层及以下的各层实现了网络中主机之间的数据通信,但是数据通信不是最终的目的;计算机网络最本质的活动:进行分布在不同地理位置的主机之间的进程通信,以实现各种网络服务功能;设置传输层的主要目的:要实现分布式进程通信。7.1 网络环境中分布式进程通信的基本概念5网络层与传输层协议之
2、间的关系网络层与传输层协议之间的关系单机系统中的进程通信方法进程和进程通信是操作系统中的最基本的概念进程和进程通信是操作系统中的最基本的概念程序是一个在时间上依据严格次序的前后相继的操作程序是一个在时间上依据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;进程是一个动态的概念,它是一个程序对某个数据集进程是一个动态的概念,它是一个程序对某个数据集的执行过程。的执行过程。进程在不同的时刻有不同的状态进程在不同的时刻有不同的状态运行态运行态正在运行的进程;正在运行的进程;就绪态就绪态等待安排等待安排CPUCPU的进程;的进程;等待态等待态等待其他条件的进程。等待其他条件的进
3、程。6单机系统中的进程通信方法操作系统对进程的管理操作系统对进程的管理要保证系统正常地工作,操作系统必需对进程的创建、要保证系统正常地工作,操作系统必需对进程的创建、撤消与状态转换进行限制;撤消与状态转换进行限制;从进程的观点看,操作系统的核心是限制和协调这些从进程的观点看,操作系统的核心是限制和协调这些进程的运行,解决进程之间的通信。进程的运行,解决进程之间的通信。操作系统一般包括两层含义:操作系统一般包括两层含义:操作系统的内核(操作系统的内核(kernelkernel)供应设备驱动、进程供应设备驱动、进程调度、资源管理等系统服务;调度、资源管理等系统服务;系统应用程序系统应用程序包括外部
4、吩咐、软件开发环境和窗包括外部吩咐、软件开发环境和窗口系统等。口系统等。7解决单机环境下操作系统的进程通信lBSD UNIX 引入了管道(pipe)、命名管道(named pipe)和软中断信号(signal)机制;lAT&T UNIX引入了消息(message)、共享存储区(shared memory)和信号量(semaphore)等;lUNIX系统的消息、共享存储区和信号量统称为进程通信(inter process communication,IPC)机制;lIPC机制也不适应于网络环境中的进程通信。8网络环境中分布式进程通信的特点l“计算机网络是分布在不同地理位置的多台独立的计算机系统的
5、集合”l独立的计算机系统:联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;l用户共享的网络资源及网络所能供应的服务功能最终是通过网络环境中的分布式进程通信实现。9网络环境中分布式进程通信的特点网络环境中与单机系统内部的进程通信的区分:网络环境中与单机系统内部的进程通信的区分:网络中主机的高度自治性;网络中主机的高度自治性;不是在同一个主机系统之中,没有一个统一的高层进不是在同一个主机系统之中,没有一个统一的高层进行限制与管理;行限制与管理;网络中一台主机对其他主机的活动状态、位于其他主网络中一台主机对其他主机的活动状态、位于其他主机系统中的各个进程状态、这些进程什么时间参与网机系统中的
6、各个进程状态、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等络活动、希望与网络中哪一台主机的什么进程通信等一概无从知道。一概无从知道。10网络环境中分布式进程通信的特点l l网络环境中分布式进程通信须要解决:l l进程命名与寻址方法l l多重协议的识别l l进程间相互作用的模式11网络环境中进程标识l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。l网络环境中完整的进程标识应当是:l本地主机地址-本地进程标识;l远程主机地址-远程进程标识。l进程地址也叫做端口号(port number),可以作为网络环境中的进程标识。12网络环境中进程通信
7、须要解决的三个问题l进程标识与寻址沟通对象l多重协议的识别沟通语言l进程间相互作用的模式沟通方式13多重协议的识别TCP/IPTCP/IP传输层包括传输层包括TCPTCP协议和协议和UDPUDP协议;协议;网络环境中一个进程的全网惟一的标识须要一个三元组来网络环境中一个进程的全网惟一的标识须要一个三元组来表示:表示:协议协议本地地址本地地址本地端口号本地端口号14多重协议的识别网络环境中一个完整的进程通信标识网络环境中一个完整的进程通信标识:五元组五元组 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在在UNIXUNIX操作系统中操作系统中:三元组又叫
8、做半相关(三元组又叫做半相关(half-associationhalf-association)五元组叫做一个相关(五元组叫做一个相关(associationassociation)15进程间相互作用模式:客户/服务器模式l lClient/Server模型的基本概念l l计算机的硬件、软件与数据资源,供应服务l l本地用户供应服务l l其他主机的用户l l每一项网络服务都是对应一个“服务程序”进程;l l“服务程序”进程要为每一个获准的网络用户恳求执行一组规定的动作,以满足用户网络资源共享的须要。16进程间相互作用模式:客户/服务器模式在在TCP/IPTCP/IP协议体系中,进程间的相互作用
9、接受客户协议体系中,进程间的相互作用接受客户/服务服务器器(Client/Server)(Client/Server)模型;模型;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;客户向服务器发出服务恳求,服务器响应客户的恳求,供客户向服务器发出服务恳求,服务器响应客户的恳求,供应客户机所须要的网络服务。应客户机所须要的网络服务。17接受客户/服务器模式的主要缘由网络资源分布的不匀整性网络资源分布的不匀整性网络资源分布的不匀整性表现在硬件、软件和数据网络资源分布的不匀整性表现在硬件、软件和数据等三个方面;等三个方面;“资源共享资源共享”就是因为
10、网络不同结点之间在硬件配就是因为网络不同结点之间在硬件配置、计算实力、存储实力,以及数据分布等方面置、计算实力、存储实力,以及数据分布等方面存在着差距与不匀整性;存在着差距与不匀整性;实力强、资源丰富的充当服务器,实力弱或须要某实力强、资源丰富的充当服务器,实力弱或须要某种资源的成为客户。种资源的成为客户。18接受客户/服务器模式的主要缘由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分布在不同主机系统中的进程什么时间发出通信恳分布在不同主机系统中的进程什么时间发出通信恳求,希望和哪一台主机的哪一个进程通信,以及求,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接受通信恳求是不确定
11、的;对方进程是否能接受通信恳求是不确定的;网络分布式进程之间不存在一个高层的调度与协调;网络分布式进程之间不存在一个高层的调度与协调;必须要建立一个体制,为准备通信的进程之间建立必须要建立一个体制,为准备通信的进程之间建立起连接,在进程交换数据的过程中维护连接,为起连接,在进程交换数据的过程中维护连接,为数据交换供应同步。数据交换供应同步。19接受客户/服务器模式的主要缘由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;服务器服务器接受进程通信的恳求,供应服务的一方;接受进程通信的恳求,供应服务的一方;每一次通信由客户进程随机启
12、动;每一次通信由客户进程随机启动;服务器进程处于等待状态,刚好响应客户服务恳求。服务器进程处于等待状态,刚好响应客户服务恳求。20进程通信中客户/服务器模式的实现方法客户机客户机/服务器模型的工作实质是服务器模型的工作实质是“恳求驱动恳求驱动”;在网络环境中,客户进程发出恳求完全随机。在同一个时在网络环境中,客户进程发出恳求完全随机。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恳求;刻,可能有多个客户进程向一个服务器发出服务恳求;为了实现服务器的功能,在服务器的设计中要解决的主要为了实现服务器的功能,在服务器的设计中要解决的主要问题:问题:并发恳求处理实力并发恳求处理实力并发服务器的进
13、程标识并发服务器的进程标识服务器平安服务器平安21解决服务器处理并发恳求的基本方案两种方案:并发服务器并发服务器;重复服务器重复服务器。22并发服务器(concurrent server)并发服务器的核心是运用一个守护程序(并发服务器的核心是运用一个守护程序(daemondaemon););守护程序在系统启动的时候随之启动,在没有客户的服务守护程序在系统启动的时候随之启动,在没有客户的服务恳求到达时,并发服务器处于等待状态;恳求到达时,并发服务器处于等待状态;一旦客户机的服务恳求到达,服务器依据客户的服务恳求一旦客户机的服务恳求到达,服务器依据客户的服务恳求的进程号,去激活相应的子进程,而服务
14、器回到等待状态;的进程号,去激活相应的子进程,而服务器回到等待状态;并发服务器叫做主服务器(并发服务器叫做主服务器(mastermaster),把子服务器叫做从),把子服务器叫做从服务器(服务器(slaveslave););主服务器必需拥有一个全网公认的进程地址;主服务器必需拥有一个全网公认的进程地址;网络中的客户进程可以依据服务器进程的公认地址,向服网络中的客户进程可以依据服务器进程的公认地址,向服务器提出服务恳求。务器提出服务恳求。23客户与并发服务器传输连接的建立过程客户与并发服务器传输连接的建立过程24重复服务器(interative server)通过设置一个恳求队列来存储客户机的服
15、务恳求;服务器接受先来先服务的原则来依次处理客户机的服务恳求。25并发服务器和重复服务器的比较l l并发服务器:并发服务器:l l并发服务器可以处理多个客户的服务恳求;并发服务器可以处理多个客户的服务恳求;l l从服务器不依靠主服务器而独立处理客户服务恳求;从服务器不依靠主服务器而独立处理客户服务恳求;l l不同的从服务器可以分别处理不同的客户的服务恳不同的从服务器可以分别处理不同的客户的服务恳求;求;l l系统的实时性好。系统的实时性好。l l重复服务器:重复服务器:l l处理客户的服务恳求的数量受到恳求队列长度的限处理客户的服务恳求的数量受到恳求队列长度的限制,但可以有效地限制恳求处理的时
16、间。制,但可以有效地限制恳求处理的时间。l l并发服务器适应于面对连接的服务类型;并发服务器适应于面对连接的服务类型;l l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。26小结主动启动与服务器进程通信的程序叫做客户;主动启动与服务器进程通信的程序叫做客户;服务器是一个用来供应某种服务的,有特殊权限的专用程序;服务器是一个用来供应某种服务的,有特殊权限的专用程序;服务器程序在网络中一台计算机上运行,接受来自远程客户的服务器程序在网络中一台计算机上运行,接受来自远程客户的服务恳求,供应一种服务;服务恳求,供应一种服务;服务器程序须要硬件配置较高的计算机和操作系统的支持;服务
17、器程序须要硬件配置较高的计算机和操作系统的支持;客户客户/服务器是软件设计中进程间相互作用关系的模型。服务器是软件设计中进程间相互作用关系的模型。277.2 传输层的基本功能l 28传输层的端到端通信RRRRR向上提供标准的传输服务向下屏蔽不同的通信子网用户层应用程序7.1 7.1 传输层与传输层协议传输层与传输层协议7.1.1 7.1.1 传输层的基本功能传输层的基本功能l l传输层的主要功能是实现进程之间的端传输层的主要功能是实现进程之间的端-端通信。端通信。7.1.2 7.1.2 传输协议数据单元的基本概念传输协议数据单元的基本概念l l传输层中实现传输层协议的软件称为传输层中实现传输层
18、协议的软件称为“传输实体传输实体”。l l传输层之间传输的报文称为传输层之间传输的报文称为“传输协议数据单元传输协议数据单元(TPDUTPDU)”。7.2 传输层的基本功能l传输层端到端通信的基本结构31传输层协议的基本功能传输层的目标传输层的目标:向应用层应用程序进程之间的通信,供应有效、牢靠、保证向应用层应用程序进程之间的通信,供应有效、牢靠、保证质量的服务;质量的服务;传输层的作用:传输层的作用:通过执行传输层协议,屏蔽通信子网在技术、设计上的差异通过执行传输层协议,屏蔽通信子网在技术、设计上的差异和服务质量的不足,向高层供应一个标准的、完善的通信服和服务质量的不足,向高层供应一个标准的
19、、完善的通信服务;务;从通信和信息处理的角度看:从通信和信息处理的角度看:应用层是面对信息处理应用层是面对信息处理传输层是为应用层供应通信服务传输层是为应用层供应通信服务32传输协议数据单元传输层之间传输的报文叫做传输层之间传输的报文叫做传输协议数据单元传输协议数据单元(Transport Protocol Data UnitTransport Protocol Data Unit,TPDUTPDU););TPDUTPDU有效载荷是应用层的数据。有效载荷是应用层的数据。33TPDUTPDU结构以及与结构以及与IPIP分组、帧结构的关系分组、帧结构的关系网络层、传输层和应用层网络层、传输层和应用
20、层34网络服务与服务质量l l网络层次结构中,各层之间有严格的依靠关系,网络层次结构中,各层之间有严格的依靠关系,各层次的分工和协作集中地体现在相邻层之间的各层次的分工和协作集中地体现在相邻层之间的界面上;界面上;l l服务是描述相邻层之间关系的重要概念;服务是描述相邻层之间关系的重要概念;l l网络服务体现在低层向相邻上层供应的一组操作;网络服务体现在低层向相邻上层供应的一组操作;l l低层是服务供应者,高层是服务的用户。低层是服务供应者,高层是服务的用户。35服务(Service)衡量服务质量(QoS)的主要参数连接建立延迟;连接建立失败概率;吞吐率;传输时延;残留误码率;平安爱护;优先级
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