通信网络_8：传输层技术

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1、通信网络通信网络_8_8TCP/IPTCP/IP体系结构中的体系结构中的 传输层传输层1SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层 1、TCP/IPTCP/IP协议族中的传输层协议协议族中的传输层协议n用户数据报协议(UDP)n传输控制协议(TCP) 2SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层2、传输层协议的主要功能传输层协议的主要功能n为源节点和目的节点间的通信提供端到端的数据传输服务n传输层的服务类别 面向连接的服务 非面向连接(无连接)的服务n传输层服务的

2、提供者：网络层(IP层)n传输层的服务对象：应用层3SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层3、传输层的服务功能传输层的服务功能n面向连接的服务 在无连接的IP网传输的基础上构建面向连接的服务控制机制连接的管理：连接的建立、维护与释放 发送与接收端到端的流量的(适配)控制 分组的顺序恢复 差错控制：分组的检错与重传机制n非面向连接服务 提供具有较高效率的独立分组的传输服务 为独立分组的分组头提供一定的保护 为应用层特殊要求的传输控制提供简单高效的数据通道应用层可在此基础上构建各种复杂的传输控制机制4SCUT DT&P Labs

3、SCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层OSPFEGPTCPUDPICMPIGMPIPRARPARPRIP BGPEthernet, Token Ring, PPP, and so onTelnet, FTP, TFTP,HTTP,SNMP,SMTP, and so onPort NumberProtocol NumberType codeApplicationLayerData Link LayerInternet LayerTransport Layer4、传输层端口传输层端口5SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/

4、IPTCP/IP协议网络层协议网络层4、传输层端口传输层端口n n发送节点发送节点与接收节点接收节点的IPIP地址地址和端口号端口号(port number)标识了 互联网上独立的一个的通信进程n特定的传输服务与端口号可建立绑定关系，通信进程发起时 ，通常必须知道特定服务(对方)的端口号n端口号的分配方式分配方式 (1)全局统一分配的端口号：服务器端各种熟知的服务，如 Telnet、SMTP、SNMP、FTP、 全局统一分配的端口号通常称为“熟知端口熟知端口” “熟知端口”也称为“保留端口” (2)动态绑定方式，通信发起端为某一通信进程分配 (3)通信双方为特定的通信服务/过程而约定6SCUT

5、 DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层4、传输层端口传输层端口n传输端口的典型分配方式 客户端本地端口动态分配：在非保留端口中随意选择； 服务器端口号：根据统一规定的保留端口号配置。7SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层4、传输层端口传输层端口n常用的保留端口号：对应特定服务 不同的特定服务通常规定了相应的传输层协议8SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层5、用户数据报协议用户数据报协议n用户

6、数据报协议：UDPUser Datagram Protocol nUDP的特点 主要考虑传输的效率和实时性； 提供无连接传输服务，不保证传输的可靠性； 分组的出错、丢失、重复和顺序等方面的问题由应用层 解决； UDP的报文在网络拥塞时较之TCP方式有利于抢占更多的 网络带宽资源；(该协议在传输层没有流量控制机制)9SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层5、用户数据报协议用户数据报协议nUDP报文的报头格式：nUDP报头校验和UDP校验和是一个可选的功能校验和是一个可选的功能校验和对加上伪首部的整个UDP报文进行保护伪首部仅用

7、于计算校验和，并不传送到接收端Source portDestination port31UDP lengthUDP checksum010SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层5、用户数据报协议用户数据报协议nUDP报文的伪首部11SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层5、用户数据报协议用户数据报协议nUDP报文的伪首部(Pseudo header)格式：n校验和计算(1)将包括伪首部的UDP报文以16位进行划分，不足16位填0 (2)校验和字段先填0，所

8、有的16位字使用反码算术运算相加 (3)将所得的结果取反码(01,10)，结果插入校验和字段 (4)将伪首部丢弃 (5)将UDP报文送IP层进行IP包封装Source address Source address Destination addressDestination addressUDP segment lengthUDP segment lengthProtocol #Protocol #0000000000000000Pseudo header12SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层5、用户数据报协议用户数据报

9、协议nUDP报文格式：13SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议n传输控制协议：TCPTransfer Control Protocol nTCP的特点 提供面向连接的服务，双工传输 具有数据的确认和重传机制 保证传输顺序 具有端到端的流量控制机制主要解决传输的可靠性问题 适合数据文件的传输TCP协议较UDP复杂，效率较低14SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP的传输端口与连接TCP采用发送

10、和接收端的IP地址、两端的端口号来标识连接；不同的发送接收两端的IP地址和端口号标识不同的连接；系统支持多个进程间采用多个连接进行通信；服务器进程上的某个TCP端口可被多个连接所共享；在一个系统中，TCP可提供基于传输端口的数据复用。15SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP的数据流和报文段 TCP提供的传输服务是面向数据流的 数据流无结构 数据流进程发送的数据以字节流的形式传输到目的进程报文段(segment)的划分 TCP把一个大文件的字节流序列划分成若干段 报文段可以是不定长的 报文

11、段通常封装在一个IP分组中传输 报文段有如下几种类别用于传输数据的报文段仅携带确认信息的报文段携带连接建立请求或释放连接请求的报文段16SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP的数据流和报文段17SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层TCP Header lengthU R GA C KP S HR S TS Y NF I NWindow sizeChecksumUrgent point Options (0 or mor

12、e 32-bit words)DataAcknowledgement numberSequence numberSource portDestination portBit 0316、传输控制协议传输控制协议nTCP报文段的格式18SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP报文段的段头参数 源端口和目的端口 序号：标识发送报文在数据流中的相对位置 确认序号：标识接送报文应接收的下一个字节的序号 报文段头长度标识(以32位字为单位) 保留比特(6位) 码元比特：定义TCP的功能19SCUT DT

13、&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP报文段的段头参数 紧急指针：it is used to indicate a byte offset from the current sequence number at which urgent data are to be found 窗口：用于流量控制 校验和：用于保护整个报文段 选项：用于实现附加的TCP功能 填充字段：在有选项时，将段头的长度填充到32bit的整数倍20SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/I

14、P协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP报文的校验校验和的计算方法与UDP报文的校验方法类似 校验的覆盖范围除TCP的报文段外，还要覆盖一个TCP的伪报 头Source address Source address Destination addressDestination addressTCP segment lengthTCP segment lengthProtocol #Protocol #0000000000000000Pseudo header21SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输

15、控制协议传输控制协议nTCP的连接建立过程 通过“三次握手”的方式 发送顺序号x、y的初始值为随机数随机数22SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP的连接释放过程 通信双方分别关闭应用程序后释放连接23SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP的确认与重传机制 TCP的确认针对数据流中的字节； 确认字节号为已经正确连续接收的的字节的序号加1； TCP的确认方式称为“累积确认累积确认”。24

16、SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层6、传输控制协议传输控制协议nTCP的确认与重传机制：确认过程示例25SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/IP协议网络层协议网络层Packet lostPacket should arrive ACK should be sentSend Packet 1 Start TimerACK would normally arrive at this timeTimer ExpiresRetransmit Packet 1 Start TimerReceive Packet 1 Send ACK 2Receive ACK 2 Cancel TimerEvents at Sender SiteNetwork MessagesEvents at Receiver Site6、传输控制协议传输控制协议nTCP的确认与重传机制：重传机制示例26SCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs第七章 TCP/IPTCP/