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1、 第六章第六章 传传 输输 层层主要内容：主要内容：1、传输层的功能、传输层的功能2、TCP/IP的传输层的传输层3、TCP协议协议4、UDP协议协议 6.1 运输层协议概述运输层协议概述 n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运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信通信通信通信 54321运输层提供应用进程间的逻辑通信主机 A主机 B
2、应用进程应用进程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 层LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 协议的作用范围运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围AP3 n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。n应用进程之间的通信又称为端到端的通信。n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。进程：正在运行的应用程序。进程：正在运行的应用程序。进程间的通信：两个进程以服务器进程间的通信：两个进程以服务器/客户机（客户机（C/S）方式通信方式通信 网络层的任务网络层的任务沿两
3、端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,传输层的任务传输层的任务两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信应用进程间的逻辑通信）通信子网通信子网主机内有多个进程主机内有多个进程 传输层传输层n n传输层负责建立端到端的连接，负责数据在端到端传输层负责建立端到端的连接，负责数据在端到端之间的传输之间的传输n n传输层通过端口号区分上层服务传输层通过端口号区分上层服务 传输层的主要功能传输层的主要功能n n服务点编址服务点编址和寻址：套接口：和寻址：套接口：IP+IP+端口号端口号 n n分段与重组分段与重组:分割长消息分割长消息n n
4、连接控制连接控制 ：面向连接和非连接：面向连接和非连接n n流量控制流量控制 ：窗口机制：窗口机制n n差错控制差错控制：n n拥塞控制和服务质量拥塞控制和服务质量 TCP(传输控制协议传输控制协议)属于面向连接的网络协议属于面向连接的网络协议UDP(用户报文协议用户报文协议)属于无连接的网络协议属于无连接的网络协议应用层应用层传输层传输层Internet层层物理层物理层数据链路层数据链路层6.2 TCP/IP传输层传输层 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
5、Control Protocol)运输层向上提供可靠的和不可靠的逻运输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道辑通信信道？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 n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)。nTCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)n UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。TCP 与与 UDP 6.3 TCP协议协议nTCP-传输控制协议:2020字节报头字节报头字节报头字
6、节报头nTCP属于面向连接的协议nTCP可以提供可靠的、有序的端到端之间的传输，并且进行流量控制源端口号源端口号(16比特比特)目的端口号目的端口号(16比特比特)顺序号顺序号(32比特比特)应答号应答号(32比特比特)窗口大小窗口大小(16比特比特)校验和校验和(16比特比特)其它其它TCP控制信息（如控制信息（如SYN,ACK等）等）数据数据20 n运输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。n连接建立过程中要解决以下三个问题：u要使每一方能够确知对方的存在。u要允许双方协商一些参数（如最大报文段长度，最大窗口大小，服务质
7、量等）。u能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进行分配。TCP 连接连接 主机 B确认+B向A连接请求确认被动打开主动打开确认确认主机 AA向B 连接请求用三次握手建立用三次握手建立 TCP 连接连接 用三次握手建立用三次握手建立 TCP 连接连接 SYN,SEQ=x主机 BSYN,ACK,SEQ=y,ACK=x 1ACK,SEQ=x+1,ACK=y 1被动打开主动打开确认确认主机 A连接请求 建立建立 TCP 连接连接nA 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步比特 SYN 应置为 1，并选择序号 x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。nB 的 TCP
8、 收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。nB 在确认报文段中应将 SYN 置为 1，其确认号应为 x 1，同时也为自己选择序号 y。nA 收到此报文段后，向 B 给出确认，其确认号应为 y 1。nA 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。n当运行服务器进程的主机 B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程，连接已经建立。主机 B确认确认被动打开主动打开确认主机 AA向B释放 连接请求用四次握手释放用四次握手释放 TCP 连接连接 B向A释放连接请求 TCP 的正常的连接建立和关闭的正常的连接建立和关闭 SYN,SEQ=x客户进程服务器进程LISTEN（被动打开）(主
9、动打开)SYN_SENTSYN_RCVDESTABLISHEDESTABLISHED(主动关闭)FIN_WAIT_1CLOSE_WAIT(被动关闭)FIN_WAIT_2LAST_ACKTIME_WAITCLOSED（全双工数据传送阶段）SYN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1ACK,SEQ=x+1,ACK=y+1FIN,SEQ=uACK,SEQ=v,ACK=u+1FIN,ACK,SEQ=v,ACK=u+1ACK,SEQ=u+1,ACK=v+1TIME_WAITCLOSE_WAITSYN_RCVDESTABLISHED“朝三暮四朝三暮四”Window size=3发送发送 2发送方发送方Win
10、dow size=3发送发送 3ACK 3Window size=2第三个数据第三个数据段被丢弃段被丢弃Window size=2发送发送 4Window size=2发送发送 3ACK 5Window size=2接收方接收方Window size=3发送发送 1Window大小为发送方或接收大小为发送方或接收方的缓存大小。方的缓存大小。TCP窗口数的应用窗口数的应用 源端口号源端口号(16比特比特)目的端口号目的端口号(16比特比特)其它其它UDP控制信息控制信息数据数据校验和校验和(16比特比特)8字节字节UDPUDP应用在对延时比较敏感或应用在对延时比较敏感或应用在对延时比较敏感或应用
11、在对延时比较敏感或不要求确认的数据传输时。不要求确认的数据传输时。不要求确认的数据传输时。不要求确认的数据传输时。UDP 段格式：段格式：8字节报头字节报头 客户客户/服务器（服务器（client/server）模型模型客户机发出请求服务器响应请求服务器处理并回送结果客户机接受并处理响应 客户机和服务器可以为多个客户机服务器客户客户:运行在本地计算机中从服务器请求服务的应用程序。运行在本地计算机中从服务器请求服务的应用程序。服务器：服务器：运行在远程计算机中为客户端提供服务的应用程序。运行在远程计算机中为客户端提供服务的应用程序。客户机服务器Internet 端口端口 n端口用一个 16 bi
12、t 端口号进行标志。n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。端口类型端口类型 Well-knownWell-known熟知端口：熟知端口：0-0-10231023，确定的端口，确定的端口，一般分配给固定的服务器的应用进程（目的端）。注册（一般）端口：注册（一般）端口：1024-1024-4915149151，用来随时分配给请求通信的客户进程(源端)。动态或私有端口：动态或私有端口：49152-6553549152-65535 插口插口(socket)nTCP 使用“连接”(而不仅仅是“端口”)作为最基本的抽象，同时将
13、TCP 连接的端点称为插口(socket)，或套接字、套接口。n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)主机主机 A102823源端口源端口目的端口目的端口主机主机 B应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于的且大于10231023目的端口号为所进行的操作。如目的端口号为所进行的操作。如telnettelnet为为2323。源源/目的端口号目的端口号 TCP/IP寻址寻址TCP/IP则是通过IP+端口地址来区分不同的连接；如下图 服务器端 IP=13
14、0.42.85.15端口23IP=131.25.64.5IP=12.45.6.19端 口1028端 口1029端口1028连连 接接 1连连 接接 3连连 接接 2 端口在进程之间的通信中所起的作用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 应用协议应用协议应用协议应用协议 传输层协议传输层协议传输层协议传输层协议 端口号端口号端口号端口号FTPFTPFTPFTPTCPTCPTCPTCP 20 20 20 20，2121
15、2121TelnetTelnetTelnetTelnetTCPTCPTCPTCP 23 23 23 23HTTPHTTPHTTPHTTP TCP TCP TCP TCP 80 80 80 80POP TCP 110POP TCP 110SMTP TCP 25SMTP TCP 25DNSDNSDNSDNSTCP,UDP 53TCP,UDP 53TCP,UDP 53TCP,UDP 53TFTPTFTPTFTPTFTPUDPUDPUDPUDP 69 69 69 69SNMP UDP 161 162SNMP UDP 161 162RIP UDP 520RIP UDP 520常见的端口号常见的端口号 什
16、么是什么是socket?n应用程序与网络之间的接口u应用程序创建socketusocket 类型 决定了通信的类型可靠的 vs.尽最大努力的面向连接的 vs.无连接的n一旦socket配置完成，应用程序就可以u把数据传给socket，从而进行网络传输u从socket接收数据(其他主机通过网络发送过来的)nSocket在计算机中提供了一个通信接口，可以通过这个接口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输，接收的信息都通过这个Socket接口来实现。同一个名词同一个名词 socket有多种不同的意思有多种不同的意思 n应用编程接口 API 称为 socket API,简称为
17、 socket。nsocket API 中使用的一个函数名也叫作socket。n调用 socket 函数的端点称为 socket。n调用 socke t函数时其返回值称为 socket描述符，可简称为 socket。n在操作系统内核中连网协议的 Berkeley 实现，称为 socket 实现。应用进程通过插口接入到网络应用进程通过插口接入到网络 TCPTCP应用进程因特网由操作系统控制插口，又称为 API 插口的作用插口的作用 n当应用进程需要使用网络进行通信时就发出系统调用，请求操作系统为其创建“插口”，以便把网络通信所需要的系统资源分配给该应用进程。n操作系统为这些资源的总和用一个号码来
18、表示，并把此号码返回给应用进程。应用进程所进行的网络操作都必须使用这个号码。n通信完毕后，应用进程通过一个关闭插口的系统调用通知操作系统回收与该“号码”相关的所有资源。插口和插口和 API 不同不同n插口是应用进程和网络之间的接口，因为插口既包含有运输层与应用层之间的端口号，又包含有机器的 IP 地址。n插口和应用编程接口 API 是性质不同的接口。nAPI 是从程序设计的角度定义了许多标准的系统调用函数。应用进程只要使用标准的系统调用函数就可得到操作系统的服务。n在这个意义上讲，API 是应用程序和操作系统之间的接口。应当记住应当记住 n在插口以上的进程是受应用程序控制的，而在插口以下的 TCP 协议软件以及 TCP 使用的缓存和一些必要的变量等，则是受计算机操作系统的控制。n只要应用程序使用 TCP/IP 协议进行通信，它就必须通过插口与操作系统交互并请求其服务。n应用程序的开发者对插口以上的应用进程具有完全的控制，但对插口以下的运输层却只有少量的控制。