传输层传输层协议.ppt

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1、课程负责人：甘卫民课程负责人：甘卫民传输层基本功能与服务传输层基本功能与服务UDP协议协议,TCP协议协议习题习题第13课:主要内容重点：重点：了解运输层协议类型，运输层的分用和复用；了解运输层协议类型，运输层的分用和复用；掌握掌握UDPUDP，TCPTCP协议的特点；协议的特点；UDPUDP报文的格式；报文的格式；难点：难点：熟悉进程间的通信过程；熟悉进程间的通信过程；UDPUDP，TCPTCP的端口服务的端口服务类型；类型；讨论讨论1 1 传输层的基本功能和服务传输层的基本功能和服务应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络功网络功能能用户功用户功能能面向通信

2、面向通信面向信息处理面向信息处理从通信和信息处理的从通信和信息处理的角度看：传输层向它角度看：传输层向它的上一层应用提供通的上一层应用提供通信服务，它属于面向信服务，它属于面向通信部分的最高层，通信部分的最高层，也是也是用户功能的最低用户功能的最低层层讨论讨论1 1 传输层的基本功能和服务传输层的基本功能和服务应用层应用层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络功网络功能能用户功用户功能能面向通面向通信信面向信息处面向信息处理理其其主主要要任任务务是是：在在优优化化网网络络服服务务的的基基础础上上，从从源源端端机机到到目目的的端端机机提提供供可可靠靠的的、价价格格合合理理的

3、的数数据据传传输输，使使高高层层服服务务用用户户在在相相互互通通信信时时不不必必关关心心通通信信子子网实现的细节。网实现的细节。其主要功能是：负责应用程序之间的通信，主要有连接端口管理、其主要功能是：负责应用程序之间的通信，主要有连接端口管理、流量控制、错误处理、数据重发等工作流量控制、错误处理、数据重发等工作物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层应用层应用层AP1AP2AP3AP4网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层IP传输传输提供应用进程间逻辑通信提供应

4、用进程间逻辑通信端口端口应用进程应用进程传输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信传输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信 主机主机 A主机主机 B路由器路由器 1路由器路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4LAN1IP 协议的作用范围协议的作用范围运输层协议运输层协议 TCP 和和 UDP 的作用范围的作用范围由上图可以看出数据在两台主机间传送的整个过程由上图可以看出数据在两台主机间传送的整个过程:在物理层上可以透明地传输数据的在物理层上可以透明地传输数据的比特流比特流；在数据链路层上使得各条链路能传送无差错的在数据链路层上使得各条链路能传送无差错的数据帧数据帧（数据帧按顺序、无丢失

5、、不重复）；（数据帧按顺序、无丢失、不重复）；在网络层上提供了在网络层上提供了路由选择和网络互连路由选择和网络互连的功能，使得主的功能，使得主机机A A发送的发送的数据分组数据分组(packet)(packet)能够按照合理的路由到达主能够按照合理的路由到达主机机B B。但是在这一过程中，到达主机。但是在这一过程中，到达主机B B的数据并不一定是的数据并不一定是最可靠的。最可靠的。为了提高网络服务的质量，在为了提高网络服务的质量，在传输层需要再次优化网络传输层需要再次优化网络服务服务，并向高层用户屏蔽通信子网的细节，使高层用户，并向高层用户屏蔽通信子网的细节，使高层用户看见的就好像在两个传输层

6、实体之间有一条看见的就好像在两个传输层实体之间有一条端到端的、端到端的、可靠的、全双工可靠的、全双工的通信通路一样。的通信通路一样。在在整整个个通通信信的的过过程程中中，数数据据在在传传输输层层上上，才才是是第第一一次实现真正意义的端到端次实现真正意义的端到端的数据通信的数据通信。要想实现传输层的功能，必须在主机中装有要想实现传输层的功能，必须在主机中装有传输层传输层协议协议。在传输层中完成传输功能的硬件和软件被称为在传输层中完成传输功能的硬件和软件被称为传输传输实体实体TSAPTSAP（Transport Service Access PointTransport Service Acces

7、s Point），通），通过传输实体，传输层可以向应用层提供传输服务过传输实体，传输层可以向应用层提供传输服务运运输层协议和网和网络层协议的主要区的主要区别 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TCP/IP 体系中的运体系中的运输层协议 TCPUDPIP应用层与各种网络接口运输层TCP/IPTCP/IP协议中的传输层协议中的传输层 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 User Datagram Datagr

8、am ProtocolProtocol，用用户户数数据据报报协协议议）是是面面向向无无连连接接的的，即即在在进进行行数数据据传传输输之之前前不不需需要要建建立立连连接接，而而目目的的主主机机收收到到数数据据报报后后也也不不需需要要发发回回确确认认。这种协议提供了一种这种协议提供了一种高效高效的传输服务。的传输服务。TCPTCP（Transmission Transmission Control Control ProtocolProtocol，传传输输控控制制协协议议）是是面面向向连连接接的的，即即在在进进行行数数据据传传输输之之前前需需要要先先建建立立连连接接，而而且且目目的的主主机机收收到

9、到数数据据报报后后要要发发回回确确认认信信息息。这种协议提供了一种这种协议提供了一种可靠可靠的传输服务。的传输服务。TCP 与与 UDP vUDP 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。vTCP 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。还要要强调两点两点 v运输层的 UDP 用户数据报与网际层的IP数据报有很大区别。

10、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。vTCP 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。传输层使用的传输层使用的 port(port(端口端口 )&socket()&socket(套接字套接字)TCP/IPTCP/IP传传输输层层可可以以通通过过协协议议端端口口（protocol protocol portport，简简称称端口）来端口）来标识标识通信的通信的应用进程应用进程。例如：例如

11、：HTTP 80 DHCP 67HTTP 80 DHCP 67、6868传传输输层层就就是是通通过过端端口口与与应应用用层层的的应应用用程程序序进进行行信信息息交交互互的的，应应用用层层各各种种用用户户进进程程通通过过相相应应的的端端口口与与传传输输层层实实体体进行信息交互进行信息交互。在在数数据据传传输输过过程程中中，应应用用层层中中的的各各种种不不同同的的服服务务器器进进程程不不断断地地检检测测分分配配给给它它们们的的端端口口，以以便便发发现现是是否否有有某某个个应应用进程要与它通信。用进程要与它通信。传输层使用的传输层使用的 port(port(端口端口 )&socket()&socke

12、t(套接字套接字)端端口口实实际际上上是是一一个个16Bit16Bit长长的的地地址址，范范围围可可以以从从0 0至至65535 65535 将将0 0至至10231023端口号称为端口号称为熟知端口熟知端口号号（Well-Known PortWell-Known Port）其其余余10241024至至4995149951端端口口号号称称为为登登记记端端口口号号，为为没没有有熟熟知知端端口口号号的的应应用用程程序序使使用用的的。使使用用这这个个范范围围的的端端口口号号必必须须在在 IANA IANA 登记，以防止重复。登记，以防止重复。4915249152至至6553565535端端口口号号称

13、称为为客客户户端端口口号号，留留给给客客户户进进程程选选择择暂暂时时使使用用。当当服服务务器器进进程程收收到到客客户户进进程程的的报报文文时时，就就知道了客户进程所使用的动态端口号。知道了客户进程所使用的动态端口号。协议协议端口号端口号关键字关键字描述描述UDP42NAMESERVER主机名字服务器主机名字服务器UDP53DOMAIN域名服务器域名服务器UDP67BOOTP Client客户端启动协议服务客户端启动协议服务UDP68BOOTP Server服务器端启动协议服务服务器端启动协议服务UDP69TFTP简单文件传输协议简单文件传输协议UDP111RPC远程过程调用远程过程调用TCP2

14、0FTP Data文件传输服务器（数据连接）文件传输服务器（数据连接）TCP21FTP Control文件传输服务器（控制连接）文件传输服务器（控制连接）TCP23Telnet远程终端服务器远程终端服务器TCP25SMTP简单邮件传输协议简单邮件传输协议TCP80HTTP超文本传输协议超文本传输协议 套接字套接字 socket=(IPsocket=(IP地址地址:端口号端口号)套接字套接字 (socket)(socket)为为了了使使得得多多主主机机多多进进程程通通信信时时，不不至至于于发发生生混混乱乱情情况况，必必须须把把端端口口号号和和主主机机的的IPIP地地址址结结合合起起来来使使用用，

15、称为称为插口或套接字（插口或套接字（ScoketScoket）。插插口口包包括括IP地地址址（32位位）和和端端口口号号（16位位），共共48位。位。TCP 连接:=socket1,socket2 =(IP1:port1),(IP2:port2)每一条每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。套接字）所确定。TCP 连接（连接（端到端端到端）的端点不是主机，不是主机的）的端点不是主机，不是主机的IP 地地址，不是应用进程，也不是传输层的协议端口。而址，不是应用进程，也不是传输层的协议端口。而是一对是一对套接字套接字(socket

16、)或插口或插口。UDP协协议议，虽虽然然在在进进行行通通信信的的进进程程间间不不需需要要建建立立连连接接，但但是是在在每每次次传传输输数数据据时时，都都要要给给出出发发送送端端口口和和接接收收端端口口，因因此同样也要使用插口。此同样也要使用插口。运运输层的复用与分用的复用与分用v复用是指在发送方不同的应用进程都可以使用同一个运输层协议传送数据（当然需要加上适当的首部）；v而分用是指接收方的运输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付到目的应用进程。v要能正确地将数据交付给指定应用进程，就必须给每个应用进程赋予一个明确的标志。v在TCP/IP网络中，使用一种与操作系统无关的协议端口号(prot

17、ocol port number)（简称端口号）来实现对通信的应用进程的标志。端口在端口在进程之程之间的通信中所起的作用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 分用发送方接收方讨论 用用户数据数据报协议 UDP vUDP 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。v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

18、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。UDP 的特点的特点vUDP 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。vUDP 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。v由于 UDP 没有拥塞控制，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

19、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。UDP 的特点（的特点（续）vUDP 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。vUDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。v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。UDP 的的问题v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

20、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。v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。UDP 的首部格式的首部格式 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017IP 数据报字节44112122222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017IP 数据报字节44112122222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

21、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017IP 数据报字节44112122222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。讨论 传输控制控制协议 TCP vTCP 是面向连接的运输层协议。v每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。vTCP 提供可靠交付的服务。v TCP 提供全双工通信。v面向字节流。TCP 面向流的概念面向流的概念端口发送 T

22、CP 报文段TCPTCP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应当注意当注意vTCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接。vTCP 对应用进程一次把多长的报文发送到TCP 的缓存中是不关心的。vTCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节（UDP 发送的报文长度是应用进程给出的）。vTCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。TCP 连接的任何一方接的任何一方都能都能够发送和接收数据送和接收数据v通信是全双工方式。v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 TCP 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。v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。v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。Excisses and ThinkingvP229（5-1，5-2，5-5）