高层协议介绍(一)

运输层

      运输层负责端到端的通信，既是六层模型中负责数据通信的最高层，又是面向网络通信的低三层和面向信息处理的最高三层之间的中间层。运输层位于网络层之上、会话层之下，它利用网络层子系统提供给它的服务去开发本层的功能，并实现本层对会话层的服务
      运输层是OSI七层模型中最重要最关键的一层，是唯一负责总体数据传输和控制的一层。运输层要达到两个主要目的：第一，提供可靠的端到端的通信；第二，向会话层提供独立于网络的运输服务。在讨论为实现这两个目标所应具有的功能之前，先考察一下运输层所处的地位。首先，运输层之上的会话层、表示层及应用层均不包含任何数据传输的功能，而网络层又不一定需要保证发送站的数据可靠地送至目的站；其次会话层不必考虑实际网络的结构、属性、连接方式等实现的细节根据运输层在七层模型中的目的和地位，它的主要功能是对一个进行的对话或连接提供可靠的传输服务；在通向网络的单一物理连接上实现该连接的复用；在单一连接上进行端到端的序号及流量控制：进行端到端的差错控制及恢复；提供运输层的其它服务等。
     运输层反映并扩展了网络层子系统的服务功能，并通过运输层地址提供给高层用户传输数据的通信端口，使系统间高层资源的共享不必考虑数据通信方面的问题。 运输层的最终目标是为用户提供有效、可靠和价格合理的服务。

一、运输服务 
      运输层的服务包括的内容有：服务的类型、服务的等级、数据运输、用户接口、连接管理、快速数据运输、状态报告、安全保密等

1、服务类型

      运输服务有两大类，即面向连接的服务和无连接的服务。面向连接的服务提供运输服务与用户之间逻辑连接的建立、维持和拆除，是可靠的服务，可提供流量控制、差错控制和序列控制。无连接服务即数据报服务，只能提供不可靠的服务 需要说明一下的是，面向连接的运输服务与面向连接的网络层服务十分相似，两者都向用户提供连接的建立、维持和拆除，而且，无连接的运输服务与无连接的网络层服务也十分相似。那么，既然运输层服务与网络层服务如此相似，又为什么要将它们划分成两个层次呢？前面章节已经介绍过，网络层是通信子网的一个组成部分，网络服务质量并不可靠，如会频繁地丢失分组、网络层系统可能崩溃或不断地进行网络复位。对于这些情况，用户将束手无策，因为用户不能对通信子网加以控制，因而无法采用更优的通信处理机来解决网络服务质量低劣的问题，更不能通过改进数据链路层纠错能力来改善它。解决这一问题的唯一可能办法就是在网络层之上增加一层运输层。运输层的存在，使运输服务比网络服务更可靠，分组的丢失、残缺、甚至网络的复位均可被运输层检测出来，并采取相应的补救措施。而且，因为运输服务独立于网络服务，可以采用一种标准的原语集作为运输服务，而网络服务则随不同的网络可能有很大的不同。因为运输服务是标准的，用运输服务原语编写的应用程序能广泛适用于各种网络，因而不必担心不同的通信子网所提供的不同的服务及服务质量.

 2、服务等级

      运输协议实体应该允许运输层用户能选择运输层所提供的服务等级，以利于更有效地利用所提供的链路、网络及互连网络的资源。可供选择的服务包括差错和丢失数据的程度、允许的平均延迟和最大延迟、允许的平均吞吐率和最小吞吐率以及优先级水平等，根据这些要求，可将运输层协议服务等级细分为以下四类：
1）可靠的面向连接的协议。
2）不可靠的无连接协议。
3）需要定序和定时运输的话音运输协议。<BR>4）需要快速和高可靠的实时协议。

 3、数据运输 

     数据运输的任务是在两个运输实体之间运输用户数据和控制数据。一般采用全双工服务，个别场合也可采用半双工服务。数据可分为正常的服务数据分组和快速服务数据分组两种，对快速服务数据分组的运输可暂时中止当前的数据运输，在接收端用中断方式优先接收。

4、用户接口

      用户接口机制可以有多种方式，包括采用过程调用、通过邮箱运输数据和参数、用DMA方式在主机与具有运输层实体的前端处理机之间运输等。

5、连接管理

     面向连接的协议需要提供建立和终止连接的功能。一般总是提供对称的功能，即两个对话的实体都有连接管理的功能，对简单的应用也有仅对一方提供连接管理功能的情况。连接的终止可以采用立即终止运输，或等待全部数据运输完再终止连接

 6、状态报告

     向运输层用户提供运输层实体或运输连接的状态信息。

7、安全保密

     包括对发送者和接收者的确认、数据的加密和解密以及通过保密的链路和节点的路由选择等安全保密的服务.

二、服务质量

     服务质量QOS（0uality of Service）是指在运输连接点之间看到的某些运输连接的特征，是运输层性能的度量，反映了运输质量及服务的可用性. 服务质量可用一些参数来描述，如连接建立延迟、连接建立失败、吞吐量、输送延迟、残留差错率、连接拆除延迟、连接拆除失败概率、连接回弹率、运输失败率等等。用户可以在连接建立时指明所期望的、可接受的或不可接受的QOS参数值。通常，用户使用连接建立原语在用户与运输服务提供者之间协商QOS，协商过的QOS适用于整个运输连接的生存期。但主呼用户请求的QOS可能被运输服务提供者降低，也可能被呼用户降低. 运输连接建立延迟是指在连接请求和相应的连接确认之间容许的最大延迟。运输连接失败概率是在一次测量样本中运输连接的失败总数与运输连接建立的全部尝试次数之比，连接<BR>失败定义为由于服务提供者方面的原因造成在规定的最大容许建立延迟时间内所请求的运输<BR>连接没有成功，而由于用户方面的原因造成的连接失败不能算在运输连接失败概率内.
 吞吐量是在某段时间间隙内单位时间运输的用户数据的字节数，对每个方向都有吞吐量；它们由最大吞吐量和平均吞吐量值组成。输送延迟是在数据请求和相应的数据指示之间所经历的时间，每个方向都有输送延迟，包括最大输送延迟和平均输送延迟）残留差错率是在测量期间，所有错误的（丢失的和重复的用户数据与所请求的用户数据之比。运输失败概率是在进行样本测量期间观察到的运输失败总数与运输样本总数之比。运输连接拆除延迟是在用户发起拆除请求到成功地拆除运输连接之间可允许的最大延迟。运输连接拆除失败概率是引起拆除失败的拆除请求次数与在测量样本中拆除请求总次数之比。 运输连接保护是服务提供者为防止用户信息在朱经许可的情况下被监视或操作的措施，保护选项有无保护特性、针对被动监视的保护及针对增、删、改的保护等. 运输连接优先权为用户提供了指示不同的连接所具有的不同的重要性的方法。 运输连接的回弹率是指在规定时间问隔（如：秒）内，服务提供者发起的连接拆除（即无连接拆除请求的连接拆除指示）的概率。

三、运输服务原语

ISO规范包括四种类型10个运输服务原语，其中服务质量参数指示用户的要求，诸如吞吐量、延迟、可靠度和优先度等。运输服务（TS）用户数据参数最多可达32个八进制用户数据。

四、运输层协议等级

运输层的功能是要弥补从网络层获得的服务和拟向运输服务用户提供的服务之间的差距。它所关心的是提高服务质量包括优化成本。运输层的功能按级别和任选项划分，级别定义了一套功能集，任选项定义在－个级别内可以便可以使用也可以不使用的功能。OSI定义了五种协议级别，即级别0（简单级）、级别1（基本差错恢复级）、级别2（多路复用级）、级别3（差错恢复和多路复用级）和级别4(差错检测和恢复级）。 根据用户要求和差错性质，网络服务按质量可划分为下列三种类型：（1）A型网络服务：具有可接受的残留差错率和故障通知率（网络连接断开和复位发生的比率），也就是无N-RESET的完美的网络服务。（2）B型网络服务：具有可接受的残留差错率和不可接受的故障通知率，即完美的分组递交但有N一RESET或N一DISCONNECT存在的网络服务；（3）C型网络服务：具有不可接受的残留差错率，即网络连接不可靠，可能会丢失分组或出现重复分组，且存在N一RESET的网络服务。 可见，网络服务质量的划分是以用户要求为依据的。若用户要求比较高，则一个网络可能归于C型，反之，则一个网络可能归于B型甚至A型。例如，对于某个电子邮件系统来说，每周丢失一个分组的网络也许可算作A型；而同一个网络对银行系统来说则只能算作C型了

五、运输协议数据单元的定义

运输协议数据单元（TPDU）的结构是由数个八位组（即字节）构成的，字节的编号从1开始，并按它们进入一个网络服务数据单元（NSDU）的顺序递增。每个字节中从1到8对比特进行编号，高位在右侧，低位在左侧。当用连续的字节表示二进制数或BCD码（二一十进制数）时，编号最小的字节为最高有效值。