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1、第七章第七章 传输层传输层 教学目标教学目标了解传输层功能。了解传输层功能。理解理解TCPTCP与与UDPUDP格式格式 。掌握掌握TCPTCP与与UDPUDP协议的工作原理。协议的工作原理。7.1 7.1 传输层概述传输层概述 7.1 7.1 传输层概述传输层概述从通信和信息处理的角度看，传输层向它上面的应用层提供通信服务，从通信和信息处理的角度看，传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，是整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，是整个网络体系结构的核心部分。个网络体系结构的核心部分。面向信息处理面向通信7.1 7.1 传
2、输层概述传输层概述应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层物理介质物理介质物理介质AP1AP3端到端通信通信子网AP1LAN1WANLAN2路由器1路由器2IP协议的作用范围运输层协议TCP和UDP的作用范围 AP2AP3AP4主机B主机A7.2 TCP/IP7.2 TCP/IP体系中的传输层体系中的传输层 7.2.1 7.2.1 传输层中的两个协议传输层中的两个协议在在TCP/IPTCP/IP协议中有两个并列的协议：协议中有两个并列的协议：UDPUDP和和TCPTCP。UDPUDP（User Datagram ProtocolUser Datagram Proto
3、col，用户数据报协议）是面向无连接的，即，用户数据报协议）是面向无连接的，即在进行数据传输之前不需要建立连接，而目的主机收到数据报后也不需在进行数据传输之前不需要建立连接，而目的主机收到数据报后也不需要发回确认。这种协议提供了一种高效的传输服务。要发回确认。这种协议提供了一种高效的传输服务。7.2.2 7.2.2 端口的概念端口的概念UDPUDP和和TCPTCP都使用端口（都使用端口（protocol portprotocol port，简称端口）来标识通信的应用，简称端口）来标识通信的应用进程。进程。熟知端口由熟知端口由ICANNICANN负责分配，范围是负责分配，范围是0 0- -102
4、31023。关键字关键字描述描述传输层协议传输层协议端口号端口号DNSDNS域名系统域名系统UDPUDP5353TFTPTFTP简单文件传输协议简单文件传输协议UDPUDP6969SNMPSNMP简单网络管理协议简单网络管理协议UDPUDP161161FTPFTP文件传输协议文件传输协议TCPTCP2121TELNETTELNET远程登录协议远程登录协议TCPTCP2323SMTPSMTP简单邮件传输协议简单邮件传输协议TCPTCP2525HTTPHTTP超文本传输协议超文本传输协议TCPTCP80807.2.2 7.2.2 端口的概念端口的概念例如，目的例如，目的IPIP地址地址=192.1
5、68.3.1=192.168.3.1，目的端口号，目的端口号=53=53，则：接收套接字，则：接收套接字= =（192.168.3.1192.168.3.1，5353）插口包括）插口包括IPIP地址（地址（3232位）和端口号（位）和端口号（1616位），共位），共4848位。位。IP=126.45.21.51IP=124.33.13.55IP=125.35.89.10端口200端口201端口200端口25ABC连接1连接2连接37.3 7.3 用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP 7.3.1 UDP7.3.1 UDP概述概述应用层协议应用层协议描述描述传输层协议传输层协议DNSDNS域名
6、系统域名系统UDPUDPTFTPTFTP简单文件传输协议简单文件传输协议UDPUDPRIPRIP路由信息协议路由信息协议UDPUDPDHCPDHCP动态主机配置协议动态主机配置协议UDPUDPSNMPSNMP简单网络管理协议简单网络管理协议UDPUDPIGMPIGMP因特网组管理协议因特网组管理协议UDPUDP专用协议专用协议IPIP电话电话UDPUDPTELNETTELNET远程终端协议远程终端协议TCPTCPSMTPSMTP简单邮件传输协议简单邮件传输协议TCPTCPHTTPHTTP超文本传输协议超文本传输协议TCPTCPFTPFTP文件传输协议文件传输协议TCPTCP7.3.2 UDP7
7、.3.2 UDP的首部格式的首部格式UDPUDP用户数据报有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段有用户数据报有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段有8 8个字节，个字节，4 4个域个域组成，每个域占组成，每个域占2 2个字节。具体内容如下有：源端口号、目的端口号、数据报长个字节。具体内容如下有：源端口号、目的端口号、数据报长度及检验和。度及检验和。数 据首 部数 据首 部源 端 口 号目 的 端 口 号长 度检 验 和伪 首 部源 IP地 址目 的 IP地 址填 充 域 017UDP长 度字 节44112UDP数 据 报IP数 据 报字 节2222127.4 7.4 传输控制协议传输控制协
8、议TCPTCP 7.4.1 TCP7.4.1 TCP概述概述 TCPTCP服务是面向连接的，在数据传输之服务是面向连接的，在数据传输之前，必须要建立连接，在传输数据结束前，必须要建立连接，在传输数据结束的时候，要释放连接，提供的服务是全的时候，要释放连接，提供的服务是全双工的、可靠的，协议复杂。双工的、可靠的，协议复杂。7.4.2 TCP7.4.2 TCP报文段的首部报文段的首部一个一个TCPTCP报文段由数据和首部两部分构成，报文段由数据和首部两部分构成，TCPTCP的全部功能都能够体现的全部功能都能够体现在首部中各字段的作用。因此，只有理解在首部中各字段的作用。因此，只有理解TCPTCP首
9、部各字段的作用才能够首部各字段的作用才能够掌握掌握TCPTCP的工作原理。的工作原理。 源端口号源端口号目的端口号目的端口号序号序号确认号确认号数据数据偏移偏移保保留留u ur rg gacack kpspsh hrsrst tsysyn nfifin n窗口大小窗口大小检验和检验和紧急指针紧急指针选项（长度可变）选项（长度可变）填充填充数据数据7.4.3 TCP7.4.3 TCP连接的建立与释放连接的建立与释放（1 1）数据丢失与重发）数据丢失与重发TCPTCP建立在一个不可靠的虚拟通信系统上，因此，数据的丢失可能是经建立在一个不可靠的虚拟通信系统上，因此，数据的丢失可能是经常发生的。通常，
10、发送方利用重传（常发生的。通常，发送方利用重传（retransmissionretransmission）技术补偿数据）技术补偿数据报的丢失，当然，这种技术需要通信双方的共同参与。报的丢失，当然，这种技术需要通信双方的共同参与。7.4.3 TCP7.4.3 TCP连接的建立与释放连接的建立与释放（2 2）TCPTCP连接的建立连接的建立为确保连接建立和终止的可靠性，为确保连接建立和终止的可靠性，TCPTCP使用了使用了3 3次握手（次握手（3-way 3-way handshakehandshake）法。所谓）法。所谓3 3次握手法就是在连接建立和终止过程中，次握手法就是在连接建立和终止过程中
11、，通信的双方需要交换通信的双方需要交换3 3个报文。可以证明，个报文。可以证明，3 3次握手法可以保证次握手法可以保证在数据报丢失、重复和延迟的情况。在数据报丢失、重复和延迟的情况。7.4.3 TCP7.4.3 TCP连接的建立与释放连接的建立与释放（3 3）3 3次握手法建立连接的过程次握手法建立连接的过程第一次握手：源端机发送一个带有本次连接序号的请求。第一次握手：源端机发送一个带有本次连接序号的请求。 第二次握手：目的主机收到请求后，如果同意连接，则发回一个带有第二次握手：目的主机收到请求后，如果同意连接，则发回一个带有本次连接序号和源端机连接序号的确认。本次连接序号和源端机连接序号的确
12、认。 第三次握手：源端机收到含有两次初始序号的应答后，再向目的主机第三次握手：源端机收到含有两次初始序号的应答后，再向目的主机发送一个带有两次连接序号的确认。发送一个带有两次连接序号的确认。7.4.3 TCP7.4.3 TCP连接的建立与释放连接的建立与释放TCPTCP利用利用3 3次握手建立连接的正常过程。次握手建立连接的正常过程。主机A上的事件主机B上的事件发送连接请求(初始序号=X)发送连接确认(初始序号=Y,确认=X)发送数据(序号=X确认=Y)接收连接请求(初始序号=X)接收连接确认(初始序号=Y,确认=X)接收数据(序号=X确认=Y)第一次第二次第三次7.4.3 TCP7.4.3
13、TCP连接的建立与释放连接的建立与释放在在3 3次握手的第一次中，主机次握手的第一次中，主机A A向主机向主机B B发出连接请求，其中包含主机发出连接请求，其中包含主机A A选择的初始序列号选择的初始序列号X X。第二次，主机。第二次，主机B B受到请求后，发回连接确认，其受到请求后，发回连接确认，其中包含主机中包含主机B B选择的初始序列号选择的初始序列号Y Y，以及主机，以及主机B B对主机对主机A A初始序列号初始序列号X X的确的确认。第三次，主机认。第三次，主机A A向主机向主机B B发送序号为发送序号为X X的数据，其中包含对主机的数据，其中包含对主机B B初初始序列号始序列号Y
14、Y的确认。的确认。主机A上的事件主机B上的事件发送连接请求(初始序号=X)发送连接确认(初始序号=Y,确认=X)发送拒绝(初始序号=X)接收连接请求(初始序号=X)接收连接确认(初始序号=Y,确认=X)接收拒绝(初始序号=X)发送连接请求(初始序号=X)7.4.3 TCP7.4.3 TCP连接的建立与释放连接的建立与释放（3 3）连接的释放）连接的释放在数据传输结束后，通信双方都可以发出释放连接的请求。在数据传输结束后，通信双方都可以发出释放连接的请求。第一次握手：由进行数据通信的任意一方提出要求释放连接的请求报第一次握手：由进行数据通信的任意一方提出要求释放连接的请求报文段。文段。 第二次握
15、手：接收端收到此请求后，会发送确认报文段，同时当接收第二次握手：接收端收到此请求后，会发送确认报文段，同时当接收端的所有数据也都已经发送完毕后，接收端会向发送端发送一个带有端的所有数据也都已经发送完毕后，接收端会向发送端发送一个带有其自己序号的报文段。其自己序号的报文段。 第三次握手：发送端收到接收端的要求释放连接的报文段后，发送反第三次握手：发送端收到接收端的要求释放连接的报文段后，发送反向确认。向确认。7.4.4 TCP7.4.4 TCP的流量控制与拥塞控制的流量控制与拥塞控制TCPTCP利用滑动窗口进行流量控制的过程。利用滑动窗口进行流量控制的过程。主机A上的事件主机B上的事件. . .通告窗口=2500发送数据11000发送数据10012000发送数据20012500确认1000,窗口=1500确认2000,窗口=500确认2500,窗口=0接收1000的确认接收2000的确认接收2500的确认应用程序读出2000字节确认2500,窗口=2000发送数据25013500发送数据35014500确认3500,窗口=1000确认4500,窗口=0接收3500的确认接收4500的确认应用程序读出1000字节确认4500,窗口=1000