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1、第六章 传输层n传输层是整个协议层次结构的核心。n传输服务n传输协议要素n传输层在OSI中的地位6.1传输服务n传输层的最终目标是向其用户一般是指应用 层的进程，提供有效、可靠且价格合理的服务。n为了达到这一目标，传输层利用了网络层所提供 的服务。n传输实体：传输层中完成上述工作的实体。n传输实体可能在操作系统内核中，或在一个单独 的用户进程内，也可能包含在网络应用的程序库 中，或是位于网络接口卡上。n网络层、传输层、应用层的逻辑关系网络地址与传输地址n网络地址：主机的标识（IP地址）n传输地址: 进程的标识（端口） 一个主机内可有多个进程在进行通信， 传输层负责接收某个进程发送的数据包 ，或
2、将数据包交给指定的进程。两种传输服务n在网络层，有两种网络服务：面向连接、无连接n在传输层，也有两种服务：面向连接的传输服务，无连 接的传输服务n两层的面向连接服务在很多方面类似：n都包括三个阶段：建立连接、数据传输、释放连接n寻址和流量控制方式也类似。n两层的无连接服务也类似。6.1.2 传输协议要素n传输服务是通过建立连接的两个传输实体之间所用的传输协议来实 现的。n在某些方面，传输协议类似于数据链路层协议。两者都必须解决差 错控制、分组顺序、流量控制等问题。n但两者也存在显著的差异：主要由协议运行的环境造成的。在链路 层，两个路由器通过物理通道直接通信；而在传输层，这个物理通 道由整个子
3、网所取代。n首先，在数据链路层，不必为一个路由器指明它要与哪个路由器通 话，而在传输层则需要显示指出。n其次，在数据链路层，建立连接的过程很简单，而在传输层，初始 连接的建立要复杂得多。n再次，子网的存储能力。n数量上的差别：在两层中都需要有数据缓冲和流量控制，但在传输 层中出现的大量的、动态变化的连接要求可能需要使用与在数据链 路层中不同的处理方法。1.寻址n当一个应用程序希望与一个远程应用程序建立连接时， 必须指定与哪个应用程序相连，一般采用的方法是定义 进程可以侦听连接请求的传输地址。n传输地址：这些端点是（IP地址，本地端口）对。n编址方式:n层次型地址：国家/网络/主机/端口n平面地
4、址：随机分配2.建立连接n初看起来，一个传输实体似乎只需向目的机 器发送一个连接请求，并等待对方接受连接 的应答就足够了，但当网络可能丢失、存储 、出现重复分组时，问题会变得复杂。n递增的报文序列号n计时器：超时认为已经丢失n解决的方法：三次握手三次握手n主机1选择一个序号X并向 主机2发送一包含了该序号 的连接请求报文；n接着，主机2回应一个接受 连接报文，确认X并声明自 己所选用的初始序号Y；n最后，主机1在其发送的第 一个数据报文中确认主机2 所选择的初始序号。3.释放连接n终止连接有两种方式：对称、 非对称n非对称释放很突然，因而可能 导致丢失数据n当连接建立后，主机1发送了 一个数据
5、报文并正确抵达主机 2，接着，主机1发送了另一个 数据报文，这次很不幸，主机 2在收到第二个报文之前先发 出了释放连接，结果连接被释 放，数据被丢失。n n1 1 对称释放对称释放 一方执行释放连接之后，不再发送数据，一方执行释放连接之后，不再发送数据， 但仍可以接收数据，同时向对方发送释放连接报文。但仍可以接收数据，同时向对方发送释放连接报文。 只有双方均执行释放连接之后，整个连接才释放。只有双方均执行释放连接之后，整个连接才释放。n n也使用三次握手。也使用三次握手。n n2 2 非对称释放非对称释放 与电话类似，相互连接的双方任何一方与电话类似，相互连接的双方任何一方 都能执行释放连接，
6、断开连接并向对方发送释放连接都能执行释放连接，断开连接并向对方发送释放连接 报文，报文到达对方，整个连接即释放。报文，报文到达对方，整个连接即释放。 n n很容易造成数据丢失很容易造成数据丢失6.1.3传输层在OSI中的地位和作用n传输层是整个协议层次结构的核心，是惟一负 责总体数据传输和控制的一层。n 在OSI七层模型中传输层是负责数据通信 的最高层，又是面向网络通信的低三层和面向 信息处理的高三层之间的中间层。因为网络层 不一定保证服务的可靠，而用户也不能直接对 通信子网加以控制，因此在网络层之上，加一 层即传输层以改善传输质量。n传输层利用网络层提供的服务，并通过传输层 地址提供给高层用
7、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 和不可靠的数据传输方面的问题。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，在单一连接上提供端到端的序号 与流量控制、差错控制及恢复等服务。6.2 传输控制协议nTCP协议提供的是可靠的、面向连接的传 输控制协议，即在传输数据前要先建立 逻辑连接，然后再传输数据，最后释放 连接3个过程。TCP提供端到端、全双工 通信；采用字节流方式，如果字节流太 长，将其分段；提供紧急数据传送功能 。6.2.1 TCP服务模型nTCP所提供服务的主要特征：n1.面向连接的传输；n2
8、.端到端的通讯；n3.高可靠性，确保传输数据的准确性，不出现丢失或 乱序；n4.全双工方法传输；n5.采用字节流方法，即以字节为单位传输字节序列；n6.急迫数据传送功能；6.2.2 TCP传输机制1.TCP的段结构n源端口和目的端口:各占2个字节。16BIT的端口号加上32BIT的IP地址，构成了插口（ SOCKET），它相当于传输层服务访问点TSAP的地址（总共是48BIT） 。这些端口用来将若干高层协议向下复用，也用来将传输层协议向上分 用。n 序号:占4字节。TCP传送的报文可看成为连续的数据流，其中每一个字节 都对应于一个序号。首部中的“序号”则指的是本报文段所发送的数据 中第一个字节
9、的序号。例如，某报文段的序号字段的值是301，而携带 的数据共100字节，则本报文段的数据的第一个字节的序号是301，而最 后一个字节的序号是400。这样，下一个报文段的数据序号应当从401开 始，因而下一个报文段的序号字段的值应为401。n确认序号:占4字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序 号，也就是期望收到的下一个报文段首部的序号字段的值。正确收到了 一个报文段，其序号字段的值是501，而数据长度是200字节，这就表明 序号在501700之间的数据均已正确收到 。因此在响应的报文段中应将 确认序号置为701。n数据偏移:占4BIT，它指出数据开始的地方离TCP报文 段的
10、起始处有多远。这实际上就是TCP报文段首 部的长度。“数据偏移”的单位不是字节而是 32BIT字（即4字节字）。由于4BIT能够表示的最 大十进制数字是15，因此数据偏移的最大值是60 字节，这也是TCP首部的最大长度。n保留:占6BIT，保留为今后使用，但目前应置为0 。n紧急比特URG（URGENT）当URG=1时，表明紧急指针字段有效。当使用紧急比特并将URG置1时，发送应用进程应告诉发送TCP这 两个字符是紧急数据。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的最后 一个字节的序号。n确认比特ACK只有当ACK=1时确认序号字段才有效。当ACK=0时，确认序号无 效。n推送比特PSH（PUSH）
11、当两个应用进程进行交互式的通信时，有时在一端的应用进程希 望在键入一个命令后立即就能够收到对方的响应。这时，发送端TCP 将推送比特PSH置1，并立即创建一个报文段发送出去。接收TCP收到 推送比特置1的报文段，就尽快交付给接收应用进程，而不再等到整 个缓存都填满了后再向上交付。n复位比特RST（RESET）当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错（如由于主 机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立传 输连接。还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连 接。n同步比特SYN在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时， 表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则 应
12、在响应的报文段中使SYN=1和ACK=1。因此，同步比特 SYN置为1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文。n终止比特FIN（FINAL）用来释放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送 端的数据已发送完毕，并要求释放传输连接。n窗口n 占2字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位 为字节。TCP连接的一端根据自己缓存的空间大小再确定 自己的接收窗口大小，然后通知对方来确定对方的发送 窗口。n检验和n 占2字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两 部分。和UDP用户数据报一样，在计算检验和时，要在 TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。但应将伪首部第 四个字段中的17改为6，将
13、第五字段中的UDP长度改为 TCP长度。n选项n 长度可变。TCP规定了两种选项，最大报文段长度和 窗口是否用16比特来代替32比特。n在连接建立时，双方要商定初始序号。TCP每 次所发送的报文段的首部中的序号字段数值表 示该报文段中的数据部分的第一个字节的序号 。nTCP的确认是对接收到的数据的最高序号（即 收到的数据流中的最后一个序号）表示确认。 但接收端返回的确认序号是已收到的数据的最 高序号加1。不必专门发送报文段，而可以在 传送数据时顺便把确认信息捎带传送。2.TCP端口号nTCP和UDP采用16比特的端口号来识别应用进程。服务 器一般都是通过人们所熟知的端口号来识别的。小于 256
14、的定义为常用端口，例如，对于每个TCP/IP实现来 说，FTP服务器的TCP端口号都是21，每个Telnet服务 器的TCP端口号都是23，每个TFTP(简单文件传输协议) 服务器的UDP端口号都是69。任何TCP/IP实现所提供的 服务都用众所周知的11023之间的端口号。这些人们 所熟知的端口号由Internet端口号分配机构来管理。n客户端通常对它所使用的端口号并不关心，只需保证 该端口号在本机上是唯一的就可以了。客户端口号又 称作临时端口号（即存在时间很短暂）。这是因为它 通常只是在用户运行该客户程序时才存在，而服务器 则只要主机开着的，其服务就运行。 大多数TCP/IP实现给临时端口
15、分配10245000之间的 端口号。大于5000的端口号是为其他服务器预留的（ Internet上并不常用的服务)。 n在TCP和UDP的段头中有两个端口号n源端口号（source port-number）n宿端口号（destination port-number）nTCP使用端口号来标识执行发送和接收的应用进程，端口号 可以帮助TCP来分离字节流并且把相应字节传递给正确的应 用程序。n根据IP地址和端口号就可以唯一地确定信宿主机中某个特定进程。n端口号可以是半永久的和临时的：n服务器端在一个半永久性的端口上来监听客户端的访问请求。n客户端使用临时端口在本地标识一个对话。n客户端的端口只在使用
16、TCP服务时候才存在，而服务器端口只要服务 器进程在运行就一直存在。 6.2.3TCP连接管理1.建立连接AB方向消息含义AB ABABSYNSYNACKACK我的初始序号是X序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无数据丢失。通信双方建立连接时必须互相交换各自的初始序号。知道了，你的序号是X我的初始序号是Y知道了，你的序号是Y握手 123合 并1.2. 3.4.TCP通过三次握手来建立连接AB发送SYN消息(SEQ=x)收到SYN消息(SEQ=x)发送SYN消息 (SEQ=y, ACK=x+1)收到SYN消息 (SEQ=y, ACK=x+1)发送确认(ACK=y+1) 收到确认(ACK=y+1)双方 连接建立AB发送FIN消息(SEQ=x)接收FIN消息(SEQ=x)TCP发送确认(ACK=x+1)接收ACK消息(ACK=x+1) AB的连接断开(半关闭) 但A仍可接收数据TCP发送确认(ACK=y+1) 接收确认(ACK=y+1) BA的连接断开2.释放连接应用进程 释放连接通知应用进 程应用进程释 放连接发送FIN
