计算机网络基础 第6章传输层的基础与应用 KevinLee整理 欧凯奥

1、高等院校计算机专业精选教材高等院校计算机专业精选教材.网络与通信技术网络与通信技术2021-7-292021-7-29本章内容与要求本章内容与要求了解：运输层的功能与基本知识了解：运输层的功能与基本知识理解：分布式进程通信的基本概念理解：分布式进程通信的基本概念理解：分布式进程通信的多路复用与多路分解理解：分布式进程通信的多路复用与多路分解掌握：运输层两个主要协议的作用与基本概念掌握：运输层两个主要协议的作用与基本概念2021-7-296.1 运输层的基本概念1.1.运输层的作用运输层的作用运输层是OSI面向用户的高层与面向通信的低层之间的接口层。主要目的就是为网络用户的分布式应用进程，提供可

2、靠或不可靠的数据传输。2.2.服务范围服务范围由图6-1可知，网络层、数据链路层协议的作用是远程主机之间的通信，而运输层及应用层协议的作用是远程主机间各种进程之间的通信。只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有传输层，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。 2021-7-2954321传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 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 层LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 协议的作用范围传输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围AP33.3.端系统端系统在计算机网络中与Internet或网

3、络相连的计算机被称为“端系统”。计算机应用进程间端到端的通信服务就是指网络主机上应用程序之间的逻辑通信。4.4.运输层具有的基本功能运输层具有的基本功能提供端到端的可靠或不可靠的通信服务；运输层还要对收到的报文进行差错检测。寻址。 应用进程的地址分段/重组。多路复用和多路分解：识别出数据中的套接字，并将接收到的报文段交付给正确的应用进程（套接字），过程叫“多路分解多路分解”。反之，从源主机应用层的多个套接字收集不同进程的报文后，都会通过下面的网络层进行传输；过程叫“多路复用多路复用”发送主机的复用：运输层支持向上复用和向下复用。运输层连接管理。服务数据单元的传送。差错与流量控制。5.5.数据单

4、元数据单元名称：报文段。格式：参见表6-1。TCP报文段的格式参见表6-2；而UDP报文段的格式参见表6-3。2021-7-292021-7-292021-7-296.2 分布式进程通信的基本概念1.1.分布式进程间的通信分布式进程间的通信两个主机间进行的通信实际上是指这两个主机中应用进程间的互相通信。因此，必须解决好以下问题： 进程命名与寻址方法； 多重协议的识别； 进程间相互作用的模式。2.2.进程寻址进程寻址进程地址包含两种信息：其一，主机的名称或IP地址；其二，接收主机上的接收进程的标识，即进程地址。（1 1）进程地址（端口号，）进程地址（端口号，port numberport num

5、ber）的表示）的表示端口号端口号：即：即为为“进程地址进程地址”或或“进程标识符进程标识符”。端口号的长度定义为端口号的长度定义为1616位二进制，其值可以是位二进制，其值可以是065535065535十十进制整数。进制整数。6.2 分布式进程通信的基本概念（2 2）端口号的分类）端口号的分类 服务器使用的端口号服务器使用的端口号全局（熟知）端口号全局（熟知）端口号：其数值为01023。为了避免和其他应用程序混淆，TCP/IP网络中每一种服务程序都分配了确定的全局有效的端口号，登记端口号登记端口号：其数值为102449151。登记端口号为那些没有熟知的端口号应用程序使用。客户端使用的端口号（

6、短暂端口号）客户端使用的端口号（短暂端口号）：数值为4915265535。是留给客户进程暂时使用的，通信结束后这个端口号可供其他客户进程使用。2021-7-292021-7-29用“netstat ”查看端口状态在在Windows Windows 中，可以在命令提示符下使用中，可以在命令提示符下使用“netstat ”netstat ”查查 看系统端口状态，可以列出看系统端口状态，可以列出系统正在开放的端口号及其状态系统正在开放的端口号及其状态3.3.客户机客户机/ /服务器（服务器（Client/ServerClient/Server，C/SC/S）C/SC/S的定义是：的定义是：在一对通信

7、会话中，发起通信的进程被称为“客户机客户机”，而在会话开始时，等待联系的进程就是“服服务器务器”；例如，在图6-1。4.4.进程地址与运输层地址进程地址与运输层地址（1 1）端口号与运输层协议的关联）端口号与运输层协议的关联应用层协议的常用全局端口号如表6-2和表6-3所示。2021-7-296.2 分布式进程通信的基本概念 （2 2）运输层地址）运输层地址- -套接字（套接字（SocketSocket）只使用端口号进行通信仍存在问题，只使用端口号进行通信仍存在问题，A A、B B两主机同时用同两主机同时用同一个应用层程序比如简单邮件传输协议与一个应用层程序比如简单邮件传输协议与C C主机通信

8、，主机通信，A A、B B用来通信的端口都是用来通信的端口都是2525，主机，主机C C无法区分收到的数据包是有无法区分收到的数据包是有A A发的还是发的还是B B发的，发的，“套接字套接字”地址是一种基于分布式网络的逻辑地址。因此，这种地址应当能够标识出主机上的某个进程。还能够通过该地址将数据传送给上层的应用程序。（3 3）套接字的定义与组成）套接字的定义与组成 定义：为IP地址和TCP或UDP端口的组合，是应用子程序连接的标识。 组成：套接字由IP地址（32 位）和端口号（16 位），总共48 位二进制组成。（4 4）分布式进程通信的条件）分布式进程通信的条件- -涉及涉及3 3个问题：个

9、问题：进程的命名与标识：完整标识分布式进程的条件如下：本地主机IP地址&本地进程标识远程主机IP地址&远程进程标识多重协议的识别：在某个主机上某个主机上标识进程时，地址的要素有三个：即协议，本地地址，本地端口号；即“三元三元组组”。在网络网络中，完整的进程通信标识则需要以下的5个基本元素，即“五元组五元组”2021-7-296.2 分布式进程通信的基本概念l 协议l 本地IP地址l 本地端口号l 远地IP地址l 远地端口号应用：有了5元组（编程套接字）的信息，网络分布式进程间的通信才能实现。例如： TCP/UDP+IP+PORTTCP/UDP+IP+PORT 源主机 目的主机其中，其中，TCP

10、/UDP+IP+PORTTCP/UDP+IP+PORT：分别表示了：分别表示了“服务协议主机服务协议主机应用程序应用程序”。2021-7-292021-7-292021-7-296.3 多路复用与多路分解何为运输层的“多路复用多路复用（multiplexing）”与“多路分多路分解解（demultiplexing）”？ 示例示例 ：如图图6-26-2所示，主机2的用户正在上网，其浏览器进程为P1；此外，该计算机上正在运行的还有另一个ftp进程P2。 问题问题 ：主机2如何将当前收到的运输层的报文段定向到相应的目标进程？ 分析分析 ：每个报文数据都含有目的进程的套接字信息。如，主机1发给主机2的

11、P3报文中的套接字可以唯一的标识目的进程；其中的目的主机的IP地址，将数据先定向到主机2；而该套接字中的端口号则定向到目的进程P1而不是P2。1.1.多路分解多路分解2021-7-296.3 多路复用与多路分解将运输层的报文段中的数据交付到正确的套接字的工作称为“多路分解多路分解”如图6-2所示。2.2.多路复用多路复用从源主机的不同套接字中收集数据块，并为每个数据块封装上首部的信息（参见表表6-46-4和表表6-56-5），进而生成报文段，并将报文段传递到网络层的工作被称为“多路复用”如图6-2所示。多个用户进程能够共享单一的传输层实体进行通信，2021-7-297/29/20217/29/

12、20216.4 运输层协议TCP TCP （Transmission Control Protocol 传输控制协议）是是面向连接面向连接的提供的提供可靠交付可靠交付的的传输层协议。传输层协议。 TCP TCP 提供提供全双工全双工通信。通信。TCP TCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接。物理连接。任何两个使用TCP协议进行通信的对等实体间的每一次通信，都会经历建立连接建立连接、数据传输数据传输和终止终止连接连接3 3个阶段个阶段。TCP连接建立分为三个阶段，称为“三次握手三次握手”TCP协议正是通过这种“三次握手三次握手”机制，来建立客户端与服务器

13、端之间每一次可靠连接。三次握手是指客户端与服务器之间在发送数据前的确认过程；三次握手完成后，客户端就会开始与服务器之间的数据传输。2021-7-29三次握手建立连接为什么采取三次握手三次握手的主要目的是保证连接是双向的三次握手的主要目的是保证连接是双向的第一次和第二次握手，为了保证服务端能第一次和第二次握手，为了保证服务端能收接受到客户端的信息并能做出正确的应答收接受到客户端的信息并能做出正确的应答而进行前两次握手而进行前两次握手第二次和第三次握手，为了保证客户端能第二次和第三次握手，为了保证客户端能够接收到服务端的信息并能做出正确的应答够接收到服务端的信息并能做出正确的应答而进行后两次握手。

14、而进行后两次握手。（2 2）TCPTCP报文段格式报文段格式参见表表6-46-4该报文段分为两部分前面是报头，后面的数据是应用层报文。 源端口号和目的端口号：分别表示发送方和接收方的端口号。用于寻找发送端和接收端的应用进程。 序列号：是用户数据中第一个字节的编号，编号以字节为单位的。2021-7-29字节编号字节编号: :TCPTCP将所要发送的报文看成一个将所要发送的报文看成一个个字节组成，对于每一个字节编号，每次发个字节组成，对于每一个字节编号，每次发送数据时都会发送一个序号。送数据时都会发送一个序号。确认号的意义：确认号的意义：TCPTCP报文头部含有确认号字报文头部含有确认号字段，通过它对报文是否收到进行确认。确认段，通过它对报文是否收到进行确认。确认号是已经收到的数据的最高序号加号是已经收到的数据的最高序号加1 1，即期望，即期望收到的下一个报文段的第一个字节的序号，收到的下一个报文段的第一个字节的序号，在此序号前的数据都已接收在此序号前的数据都已接收2021-7-29TCP差错控制差错控制三种简单机制：差错控制三种简单机制：校验和，确认，超时重传校验和，确认，超时重传2021-7-296.4 运输层协议2.2.UDPUDP用户数据报协议用