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1、课件制作人：谢希仁,计算机网络教程（第 2 版）,第 8 章 运输层,课件制作人：谢希仁,第 8 章 运输层,8.1 运输层协议概述 8.1.1 进程之间的通信 8.1.2 运输层中的两个协议 8.1.3 运输层的端口 8.2 用户数据报协议 UDP 8.2.1 UDP 概述 8.2.2 UDP 的首部格式,课件制作人：谢希仁,第 8章 运输层（续）,8.3 传输控制协议 TCP 8.3.1 TCP 概述 8.3.2 TCP 报文段的首部 8.3.3 TCP 的数据编号与确认 8.3.4 TCP 的流量控制与拥塞控制 8.3.5 TCP 的重传机制 8.3.6 TCP 的运输连接管理 8.3.
2、7 TCP 的有限状态机,课件制作人：谢希仁,8.1 运输层协议概述 8.1.1 进程之间的通信,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
3、的作用范围,运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围,AP3,课件制作人：谢希仁,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。,课件制作人：谢希仁,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
4、）,TCP 和 UDP 协议的作用范围 （提供进程之间的逻辑通信）,因 特 网,课件制作人：谢希仁,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。,课件制作人：谢希仁,运输层与其上下层之间的关系的 OSI 表示法,运输实体,运输实体,运输协议,运输层,层接口,运输服务用户 （应用层实体）,运输服务用户 （应用层实体）,层接口,网络层 （或网际层）,应用层,主机 A,主机 B,运输层服务访问点 TSAP,网络层服务访问点 NSAP,运
5、输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道,？,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,课件制作人：谢希仁,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),8.1.2 运输层中的两个协议,课件制作人：谢希仁,两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transpo
6、rt Protocol Data Unit)。 TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment) UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。,TCP 与 UDP,课件制作人：谢希仁,TCP/IP 体系中的运输层协议,TCP,UDP,IP,应用层,与各种网络接口,运输层,课件制作人：谢希仁,TCP 与 UDP,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
7、、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。,课件制作人：谢希仁,还要强调两点,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。,课件制作人：谢希仁,8.1.3 运输层的端口,端口就是运输层服务访问点 TSAP。 端口
8、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。 从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。,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,课件制作人：谢希仁,端口,端口用一个 16 位端口号进行标志。 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
9、网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。,课件制作人：谢希仁,三类端口,(1) 熟知端口，其数值一般为 01023。当一种新的应用程序出现时，必须为它指派一个熟知端口。 (2) 登记端口，其数值为 102449151。这类端口是 ICANN 控制的，使用这个范围的端口必须在 ICANN 登记，以防止重复。 (3) 动态端口，其数值为 4915165535。这类端口是留给客户进程选择作为临时端口。,课件制作人：谢希仁,8.2 用户数据报协议 UDP 8.2.1 UDP 概述,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
10、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。,课件制作人：谢希仁,UDP 的特点,UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接（当然发送数据结束时也没有连接可释放），因此减少了开销和发送数据之前的时延。 UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制，因此主机不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。,课件制作人：谢希仁,UDP 的特点（续）,由于 UDP 没有拥塞控制，
11、因此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。很多的实时应用（如 IP 电话、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP 正好适合这种要求。,课件制作人：谢希仁,UDP 的特点（续）,UDP 是面向报文的。这就是说，UDP 对应用程序交下来的报文不再划分为若干个分组来发送，也不把收到的若干个报文合并后再交付给应用程序。 应用程序交给 UDP 一个报文，UDP 就发送这个报文；而 UDP 收到一个报文，就把它交付给应用程序。 应用程序必须选择合适大小的报文。,课件制作人：谢希仁,UDP 的特
12、点（续）,UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。 用户数据报只有 8 个字节的首部开销，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。,课件制作人：谢希仁,UDP 的问题,虽然某些实时应用需要使用没有拥塞控制的 UDP，但当很多的源主机同时都向网络发送高速率的实时视频流时，网络就有可能发生拥塞，结果大家都无法正常接收。 还有一些使用 UDP 的实时应用需要对UDP 的不可靠的传输进行适当的改进以减少数据的丢失。,课件制作人：谢希仁,8.2.2 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,0,1
13、7,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,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,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,
14、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,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。,课件制作人：谢希仁,8.3 传输控制协议 TCP 8.3.1 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,发送方,接收方,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,课件制作人：谢希仁,TCP 连接的任何一方 都能够发送和接收数据,通信是全双工方式。 发送方的应用进程按照自己产生数据的规律，不断地把数据块陆续写入到 TC
15、P 的发送缓存中。TCP 再从发送缓存中取出一定数量的数据，将其组成 TCP 报文段(segment)逐个传送给 IP 层，然后发送出去。 接收方从 IP 层收到 TCP 报文段后，先把它暂存在接收缓存中，然后让接收方的应用进程从接收缓存中将数据块逐个读取。,课件制作人：谢希仁,一对一的通信,由于运输层的通信是面向连接的，因此TCP 每一条连接上的通信只能是一对一的，而不可能是一对多、多对一或多对多的。,运输层 A,运输层 B,发送报文段 1,确认报文段 1,发送报文段 2,出错！,丢弃出错的报文段,丢失！,超时重传报文段 2,超时重传报文段 2,确认报文段 2,发送报文段 3,时间,时间,每发送一个报文段都要启动计时器 但图中未画出没有起作用的计时器,课件制作人：谢希仁,应当注意,A 在发送完一个报文段后，必须留有该报文段的副本，以便在必要时进行重传。 如果重传时间设定得很长，那么通信的效率就会很低。但如果重传时间设定得很短，就浪费了网络资源，在网络上增加了不必要的通信量。 重传时间的设定是相当复杂。,运输层 A,运输层 B
