CH5-19运输层

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络（第 5 版）,第 5 章 运输层,1,第 5 章,运输层,5.1 运输层协议概述,5.1.1 进程之间的通信,5.1.2 运输层的两个主要协议,5.1.3 运输层的端口,5.2 用户数据报协议 UDP,5.2.1 UDP 概述,5.2.2 UDP 的首部格式,2,第 5 章,运输层（续）,5.3 传输控制协议 TCP 概述,5.3.1 TCP 最主要的特点,5.3.2 TCP 的连接,5.4 可靠传输的工作原理,5.4.1 停止等待协议,5.4.2 连续 ARQ 协议,5.5 TCP 报文段的首部格式,3,第 5 章,运输层（续）,5.6 TCP 可靠传输的实现,5.6.1 以字节为单位的滑动窗口,5.6.2 超时重传时间的选择,5.7 TCP的流量控制,5.7.1 利用滑动窗口实现流量控制,4,第 5 章,运输层（续）,5.8 TCP 的拥塞控制,5.8.1 拥塞控制的一般原理,5.8.2 几种拥塞控制方法,5.9 TCP 的运输连接管理,5.9.1 TCP 的连接建立,5.9.2 TCP 的连接释放,5,本章重点,掌握：运输层的主要功能,理解：运输层端口,掌握：用户数据报协议UDP,掌握：传输控制协议TCP的可靠机制,6,本节要点,运输层的功能,运输层向上提供的两种服务,TCP/IP中两种运输层协议,运输层的端口、套接字,UDP的主要特点,UDP的伪首部,7,5.1 运输层协议概述 5.1.1 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,8,当网络的边缘部分中的两个主机使用网络的核心部分的功能进行端到端的通信时，只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能。,9,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,AP,1,LAN,2,WAN,AP,2,AP,3,AP,4,IP 层,LAN,1,AP,1,AP,2,AP,4,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,AP,3,10,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。,11,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,12,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。,13,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,14,运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,15,两种不同的运输协议,运输层向高层用户,屏蔽,了下面网络核心的细节（如网络拓扑、所采用的路由选择协议等），它使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。,当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的,可靠信道,。,当运输层采用无连接的 UDP,协议时，这种逻辑通信信道是一条,不可靠信道,。,16,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),注意,：运输层根据需要增加了第三种协议流控制传输协议SCTP，具有UDP和TCP协议的共同优点，支持一些新的应用，如IP电话。,5.1.2 运输层的两个主要协议,17,两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 (Transport 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,18,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,19,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、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。,20,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。,21,5.1.3 运输层的端口,端口就是,运输层服务访问点 TSAP,。,运行在计算机中的进程是用,进程标识符,来标志的。,运行在应用层的各种应用进程却不应当让计算机操作系统指派它的进程标识符。这是因为在因特网上使用的计算机的操作系统种类很多，而不同的操作系统又使用不同格式的进程标识符。,为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信，就,必须用统一的方法,对 TCP/IP 体系的应用进程进行标志。,22,需要解决的问题,由于进程的创建和撤销都是动态的，发送方几乎无法识别其他机器上的进程。,有时我们会改换接收报文的进程，但并不需要通知所有发送方。,我们往往需要利用目的主机提供的功能来识别终点，而不需要知道实现这个功能的进程。,23,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,IP 数据报,IP 数据报,发送方,接收方,24,端口号(protocol port number)简称为端口(port),解决这个问题的方法就是在运输层使用,协议端口号,(protocol port number)，或通常简称为,端口,(port)。,虽然通信的终点是应用进程，但我们可以把端口想象是通信的终点，因为我们只要把要传送的报文交到目的主机的某一个合适的目的端口，剩下的工作（即最后交付目的进程）就由 TCP 来完成。,25,软件端口与硬件端口,在协议栈层间的抽象的协议端口是,软件端口,。,路由器或交换机上的端口是,硬件端口,。,硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口，而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。,26,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。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。,27,三类端口,熟知端口,，数值一般为 01023。,登记端口号,，数值为102449151，为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这个范围的端口号必须在 IANA 登记，以防止重复。,客户端口号,或,短暂端口号,，数值为4915265535，留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的动态端口号。通信结束后，这个端口号可供其他客户进程以后使用。,28,部分熟知端口,TFTP,SNMP,DNS,HTTP,SMTP,FTP,Telnet,69,161,53,80,25,21/20,23,UDP,TCP,IP,29,插口(socket),运输层使用“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：,IP 地址,131.6.23.13,端口号,1500,131.6.23.13 ： 1500,插口(socket),30,同一个名词 socket有多种不同的意思,应用编程接口,API,称为 socket API, 简称为 socket。,socket API 中使用的一个函数名也叫作 socket。,调用 socket 函数的端点称为 socket。,调用 socket 函数时其返回值称为 socket 描述符，可简称为 socket。,在操作系统内核中连网协议的 Berkeley 实现，称为 socket 实现。,31,5.2 用户数据报协议 UDP,5.2.1 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不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。,32,UDP 的主要特点,UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。,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。,UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。,UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。,UDP 的首部开销小，只有 8 个字节。,33,面向报文的 UDP,发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。,应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 就照样发送，即一次发送一个报文。,接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程，一次交付一个完整的报文。,应用程序必须选择合适大小的报文。,34,UDP 是面向报文的,IP 数据报的数据部分,IP 首部,IP 层,UDP 首部,UDP 用户数据报的数据部分,运输层,应用层报文,应用层,35,端口是用报文队列来实现,UDP 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,36,5.2.2 UDP 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,37,UDP 基于端口的分用,IP 层,UDP 数据报到达,端口 2,端口 3,端口 1,UDP 分用,38,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。,39,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,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,。,但UDP的检验和是把,首部和数据部分,一起都检验。,40,计算 UDP 检验和的例子,10011 153.19,00001 8.104,10101 171.3,00001110 00001011 14.11,00000 0 和 17,00000 15,00000100 00111111 1087,00000 13,00000 15,00000 0（检验和）,01010100 01000101 数据,01010 数据,01001 数据,01000111 00000000 数据和 0（填充）,10010110 11101101 求和得出的结果,01101 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 0,41,作业,5-01,5-03,5-07,5-11,5-12,5-13,5-14,42,