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1、第 7 章 运输层,基本内容,重点掌握,传输层的概念，TCP/IP体系中的传输层，端口的概念，用户数据报协议UDP，传输控制协议TCP，TCP报文格式、数据的编号与确认、流量控制、拥塞控制、重传机制、TCP的连接管理。,TCP/IP体系中的传输控制协议TCP：TCP报文格式、数据的编号与确认、流量控制、拥塞控制、重传机制、TCP的连接管理。,7.1 运输层协议概述,从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。,物理层,网络层,运输层,应用层,数据链路层,面向信息处理,面向通信,用户功能,网络功能,运输层为相互通信的应用进
2、程提供了逻辑通信,5 4 3 2 1,运输层提供应用进程间的逻辑通信,主机 A,主机 B,应用进程,应用进程,路由器 1,路由器 2,AP1,LAN2,WAN,AP2,AP3,AP4,IP 层,LAN1,AP1,AP2,AP4,端口,端口,5 4 3 2 1,IP 协议的作用范围,运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围,AP3,应用进程之间的通信,两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。 应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。 “运输层提供应用进程间的逻
3、辑通信”。“逻辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。要传送的数据是沿着图的虚线方向传送的。,运输层协议和网络层协议的主要区别,应用进程,应用进程,IP 协议的作用范围 （提供主机之间的逻辑通信）,TCP 和 UDP 协议的作用范围 （提供进程之间的逻辑通信）,因 特 网,运输层的主要功能,运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。 运输层还要对收到的报文进行差错检测。 运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。,运输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信
4、道,？,应 用 层,运 输 层,发 送 进 程,接 收 进 程,接 收 进 程,数据,数据,全双工可靠信道,数据,数据,使用 TCP 协议,使用 UDP 协议,不可靠信道,发 送 进 程,7.2 TCP/IP 体系中的运输层,7.2.1 运输层中的两个协议 7.2.2 端口的概念,7.2.1 运输层中的两个协议,TCP/IP的运输层有两个不同的协议： (1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol),TCP,UDP,IP,应用层,与各种网络接口,运输层,TCP 与 UD
5、P,UDP在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下UDP是一种最有效的工作方式。 TCP则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。,强调两点,运输层的 UDP 用户数据报与网际层的IP数据报有很大区别。IP 数据报要经过互连网中许多路由器的存储转发，但 UDP 用户数据报是在运输层的端到端抽象的逻辑信道中传送的。 TCP 报文段是在运输层抽象的端到端逻辑信道
6、中传送，这种信道是可靠的全双工信道。但这样的信道却不知道究竟经过了哪些路由器，而这些路由器也根本不知道上面的运输层是否建立了 TCP 连接。,7.2.2 端口的概念,端口就是运输层服务访问点 TSAP。 端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给运输层，以及让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。 计算机“端口”是英文port的义译，可以认为是计算机与外界通讯交流的出口。其中硬件领域的端口又称接口，如：USb端口、串行端口等。软件领域的端口一般指网络中面向连接服务和无连接服务的通信协议端口，是一种抽象的软件结构，包括一些数据结构和I/O（基
7、本输入输出）缓冲区。,端口在进程之间的通信中所起的作用,应 用 层,运 输 层,网 络 层,TCP 报文段,UDP 用户数据报,应用进程,TCP 复用,IP 复用,UDP 复用,TCP 报文段,UDP 用户数据报,应用进程,端口,端口,TCP 分用,UDP 分用,IP 分用,发送方,接收方,端口,端口用一个 16 bit 端口号进行标志。 端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。 两类端口: 一类是熟知端口，其数值一般为 01023。 另一类则是一般端口，用来随时分配给请求通信的客户进程。,插口(socket),插口(s
8、ocket),TCP 使用“连接”(而不仅仅是“端口”)作为最基本的抽象，同时将 TCP 连接的端点称为插口(socket)，或套接字、套接口。 插口和端口、IP 地址的关系是：,7.3 用户数据报协议 UDP,UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即端口的功能和差错检测的功能。 虽然UDP用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。 发送数据之前不需要建立连接； UDP 的主机不需要维持复杂的连接状态表； UDP 用户数据报只有8个字节的首部开销； 网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低；这对某些实时应用是很重要的。,端口是用报文队列来实现,U
9、DP 端口 51000,UDP 端口 69,出队列,入队列,出队列,入队列,TFTP 服务器,TFTP 客户,UDP 用户数据报,应 用 层,运 输 层,UDP 用户数据报的首部格式,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,UDP 用户数据报的首部格式,用户数据报 UDP 有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段有 8 个字节，由 4 个字段组成，每个字段都是两个字节。,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验
10、和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,UDP 用户数据报的首部格式,在计算检验和时，临时把“伪首部”和 UDP 用户数据报连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,计算 UDP 检验和的例子,10011001 00010
11、011 153.19 00001000 01101000 8.104 10101011 00000011 171.3 00001110 00001011 14.11 00000000 00010001 0 和 17 00000000 00001111 15 00000100 00111111 1087 00000000 00001101 13 00000000 00001111 15 00000000 00000000 0（检验和） 01010100 01000101 数据 01010011 01010100 数据 01001001 01001110 数据 01000111 00000000
12、数据和 0（填充） 10010110 11101011 求和得出的结果 01101001 00010100 检验和,153.19.8.104,171.3.14.11,12 字节 伪首部,8 字节 UDP 首部,7 字节 数据,填充,按二进制反码运算求和 将得出的结果求反码,全 0 17 15 1087 13 15 全 0 数据 数据 数据 数据 数据 数据 数据 全 0,7.4 传输控制协议 TCP,7.4.1 TCP 概述 7.4.2 TCP 报文段的首部 7.4.3 TCP 的数据编号与确认 7.4.4 TCP 的流量控制与拥塞控制 7.4.5 TCP 的重传机制 7.4.6 采用随机早期
13、丢弃 RED 进行拥塞控制 7.4.7 TCP 的运输连接管理 7.4.8 TCP 的有限状态机,7.4.1 TCP 概述,端口,发送 TCP 报文段,TCP,TCP,接收缓存,发送缓存,报文段,报文段,报文段,端口,发送端,接收端,向发送缓存 写入数据块,从接收缓存 读取数据块,应用进程,应用进程,7.4.2 TCP 报文段的首部,TCP 首部,20 字节的 固定首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,32 bit,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,比特 0
14、 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,比特 0 8 16 24 31,填 充,源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,比特 0 8 16
