应用层协议原理——因特网提供的运输服务

发布于:2024-07-11 ⋅ 阅读:(23) ⋅ 点赞:(0)

        我们已经考虑了计算机网络能够一般性地提供的运输服务。现在我们要更为具体地考察由因特网提供的运输服务类型。因特网(更一般的是TCP/IP网络)为应用程序提供两个运输层协议,即UDP和TCP。当软件开发者为因特网创建一个新的应用时,首先要做出的决定是,选择UDP还是选择TCP。每个协议为调用它们的应用程序提供了不同的服务集合。下图显示了某些所选的应用程序的服务要求。

1.TCP 服务

        TCP服务模型包括面向连接服务和可靠数据传输服务。当某个应用程序调用TCP作为其运输协议时,该应用程序就能获得来自TCP的这两种服务。

  1. 面向连接的服务:在应用层数据报文开始流动之前,TCP让客户和服务器互相交换运输层控制信息。这个所谓的握手过程提示客户和服务器,使它们为大量分组的到来做好准备。在握手阶段后,一个TCP连接(TCP connection)就在两个进程的套接字之间建立了。这条连接是全双工的,即连接双方的进程可以在此连接上同时进行报文收发。当应用程序结束报文发送时,必须拆除该连接。
  2. 可靠的数据传送服务:通信进程能够依靠TCP,无差错、按适当顺序交付所有发送的数据。当应用程序的一端将字节流传进套接字时,它能够依靠TCP将相同的字节流交付给接收方的套接字,而没有字节的丢失和冗余。

        TCP协议还具有拥塞控制机制,这种服务不一定能为通信进程带来直接好处,但能为因特网带来整体好处。当发送方和接收方之间的网络出现拥塞时,TCP的拥塞控制机制会抑制发送进程(客户或服务器)。如我们将在第3章中所见,TCP拥塞控制也试图限制每个TCP连接,使它们达到公平共享网络带宽的目的。

TCP 安全

        无论TCP还是UDP都没有提供任何加密机制,这就是说发送进程传进其套接宇的数据,与经网络传送到目的进程的数据相同。因此,举例来说如果某发送进程以明文方式(即没有加密)发送了一个口令进入它的套接字,该明文口令将经过发送方与接收方之间的所有链路传送,这就可能在任何中间链路被嗅探和发现。因为隐私和其他安全问题对许多应用而言已经成为至关重要的问题,所以因特网界已经研制了TCP的加强版本,称为安全套接字层(SecureSockelsLayer,SSL)。用SSL加强后的TCP不仅能够做传统的TCP所能做的一切,而且提供了关键的进程到进程的安全性服务,包括加密、数据完整性和端点鉴别。我们强调SSL不是与TCP和UDP在相同层次上的第三种因特网运输协议,而是一种对TCP的加强,这种强化是在应用层上实现的。特别是,如果一个应用程序要使用SSL的服务,它需要在该应用程序的客户端和服务器端包括SSL代码(利用现有的、高度优化的库和类)。SSL有它自己的套接字API,这类似于传统的TCP套接字API。当一个应用使用SSL时,发送进程向SSL套接字传递明文数据;在发送主机中的SSL则加密该数据并将加密的数据传递给TCP套接字。加密的数据经因特网传送到接收进程中的TCP套接字。该接收套接字将加密数据传递给SSL,由其进行解密。最后,SSL通过它的SSL套接宇将明文数据传递给接收进程。我们将在第8章中更为详细地讨论SSL

2. UDP 服务

        UDP是一种不提供不必要服务的轻量级运输协议,它仅提供最小服务。UDP是无连接的,因此在两个进程通信前没有握手过程。UDP协议提供一种不可靠数据传送服务,也就是说,当进程将一个报文发送进UDP套接字时,UDP协议并不保证该报文将到达接收进程。不仅如此,到达接收进程的报文也可能是乱序到达的。

        UDP没有包括拥塞控制机制,所以UDP的发送端可以用它选定的任何速率向其下层(网络层)注入数据。(然而,值得注意的是实际端到端吞吐量可能小于这种速率,这可能是因为中间链路的带宽受限或因为拥塞而造成的。)

3.因特网运输协议所不提供的服务

        我们已经从4个方面组织了运输协议服务:可靠数据传输、吞吐量、定时和安全性。TCP和UDP提供了这些服务中的哪些呢?我们已经注意到TCP提供了可靠的端到端数据传送。并且我们也知道TCP在应用层可以很容易地用SSL来加强以提供安全服务。但在我们对TCP和UDP的简要描述中,明显地缺少了对吞吐量或定时保证的讨论,即这些服务目前的因特网运输协议并没有提供。这是否意味着诸如因特网电话这样的时间敏感应用不能运行在今天的因特网上呢?答案显然是否定的,因为在因特网上运行时间敏感应用已经有多年了。这些应用经常工作得相当好,因为它们已经被设计成尽最大可能对付这种保证的缺乏。无论如何,在时延过大或端到端吞吐量受限时,好的设计也是有限制的。总之,今天的因特网通常能够为时间敏感应用提供满意的服务,但它不能提供任何定时或带宽保证。

        上图指出了一些流行的因特网应用所使用的运输协议。可以看到,电子邮件、远程终端访问、Web、文件传输都使用了TCP。这些应用选择TCP的最主要原因是TCP提供了可靠数据传输服务,确保所有数据最终到达目的地。因为因特网电话应用(如Skype)通常能够容忍某些丢失但要求达到一定的最小速率才能有效工作,所以因特网电话应用的开发者通常愿意将该应用运行在UDP上,从而设法避开TCP的拥塞控制机制和分组开销但因为许多防火墙被配置成阻挡(大多数类型的)UDP流量,所以因特网电话应用通常设计成如果UDP通信失败就使用TCP作为备份。