传输层的基础与应用第6章

高等院校计算机专业精选教材.网络与通信技术第一篇：网络基础篇

第6章传输层的基础与应用尚晓航编著清华大学出版社本章内容与要求了解：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2023/1/19第6章传输层的基础与应用6.1 运输层的基本概念2023/1/19第6章传输层的基础与应用6.1 运输层的基本概念基本概念:提供的是分布式进程间的逻辑通信；协议时运行在端系统中；协议有TCP、UDP1.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，提供可靠或不可靠的数据传输。OSI七层模型整体构成传输层是承上启下的层：它下面的三层主要面向网络通信，以确保信息被准确有效地传输；它上面的三个层次则面向用户主机，为用户提供各种服务。6.1 运输层的基本概念2.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；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。相邻结点之间(DL层)IP端口主机之间进程之间从上页图中可看出：运输层为进程之间提供逻辑通信网络层为主机之间提供逻辑通信数据链路层为相邻结点之间提供逻辑通信6.1 运输层的基本概念6.1 运输层的基本概念3.端系统在计算机网络中与Internet或网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。6.1 运输层的基本概念4.运输层具有的基本功能①寻址。②分段/重组。③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”。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”。④ 发送主机的复用：运输层支持向上复用和向下复用。⑤ 运输层连接管理。⑥ 服务数据单元的传送。⑦ 差错与流量控制。6.1 运输层的基本概念5.数据单元① 名称：报文段。② 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。6.2 分布式进程通信的

基本概念2023/1/19第6章传输层的基础与应用6.2 分布式进程通信的基本概念相关概念程序：是一个在时间上按照严格次序的前后相继的操作序列，是一个静态的概念。进程：是由一个执行（运行）程序、它的当前值、状态信息以及通过操作系统管理此进程执行情况的资源组成。进程就是一段程序的执行过程。进程是一个动态的概念。简单而言，它是指在内存中运行的程序。6.2 分布式进程通信的基本概念分布式进程间通信的概念同一台计算机不同进程间的通信，由该主机的操作系统统一管理；不同主机间的通信(在网络中)，实际指的是不同主机应用进程间的通信；1.分布式进程间的通信由于分布式进程分别在两台不同主机系统中，没有一个统一的高层进行管理，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。6.2 分布式进程通信的基本概念2.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）进程地址（端口号，portnumber）的表示①端口号：即为“进程地址”或“进程标识符”。②端口号的长度定义为16位二进制，其值可以是0~65535十进制整数。（2）端口号的分类①全局（熟知）端口号：其数值为0~1023。②登记端口号：其数值为1024~49151。③客户端使用的端口号（短暂端口号）：数值为49152~65535。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。6.2 分布式进程通信的基本概念3.客户机/服务器（Client/Server，C/S）C/S的定义是：在一对通信会话中，发起通信的进程被称为“客户机”，而在会话开始时，等待联系的进程就是“服务器”；例如，在图6-1。4.进程地址与运输层地址（1）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。（2）运输层地址——套接字（Socket）“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。6.2 分布式进程通信的基本概念（3）套接字的定义与组成①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。②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。6.2 分布式进程通信的基本概念（4）分布式进程通信的条件-涉及3个问题：①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6.2 分布式进程通信的基本概念②多重协议的识别：在某个主机上标识进程时，地址的要素有三个,即“三元组”：协议本地地址本地端口号在网络中，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”:协议本地IP地址本地端口号远地IP地址远地端口号6.2 分布式进程通信的基本概念③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+PORT←→TCP/UDP+IP+PORT

源主机

目的主机其中，TCP/UDP+IP+PORT：分别表示了“服务协议＋主机＋应用程序”。补充：各类地址比较请归纳整理本期所学各类地址，并列表比较之。参考答案6.3 多路复用与多路分解2023/1/19第6章传输层的基础与应用6.3 多路复用与多路分解何为运输层的“多路复用（multiplexing）”与“多路分解（demultiplexing）”[示例]：如图6-2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]：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]：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。6.3 多路复用与多路分解1.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”如图6-2所示。2.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6-4和表6-5），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。6.3 多路复用与多路分解6.4 运输层协议1/19/2023第6章传输层的基础与应用6.4 运输层协议如图6-3所示，在TCP/IP参考模型的运输层中有两个实用协议，它们都是建立在网路层IP协议基础上的。运输层协议：1.TCP传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）是TCP/IP最具代表性的协议。TCP是面向连接的、高可靠性的、提供流量与拥塞控制的运输层协议。6.4 运输层协议（1）TCP的功能与服务①功能：TCP能够保证计算机网络系统之间信息的可靠传输。具体：创建进程与进程间的通信；通过滑动窗口技术实现流量与拥塞控制；通过确认分组、超时和重传机制来进行差错控制。连接与服务性质：提供面向连接的、可靠的传输服务：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、数据传输和终止连接3个阶段。TCP协议正是通过这种“三次握手”机制，来建立客户端与服务器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。③在每一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。（1）（2）（3）6.4 运输层协议（2）TCP报文段格式参见表6-4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。①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。②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。（3）TCP套接字是一个四元组（源IP、源端口号、目的IP、目的端口号）；它是一种可以标识分布式进程的地址。6.4 运输层协议6.4 运输层协议2. UDP用户数据报协议UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）UDP是一种面向无连接的、不可靠的、没有流量控制的运输层层协议。6.4 运输层协议（1）UDP的功能与服务①功能：UDP协议是一个简单的面向数据包的运输层协议；UDP协议主要用于传输小型的数据文件及短消息等的通信，。②连接与服务性质：提供的是速度快的、不可靠的、面向非连接的传输服务。（2）UDP报文格式UDP报文格式参见表6-5。补充：各类地址比较1地址类型概念所在层二进制位数备注MAC地址(物理地址)MAC地址又被称为硬件地址，它用来定义网络节点（计算机或设备）的位置。数据链路层48位0-23位由INIC统一管理24-47位是由厂家自己分配IP地址(逻辑地址)每个节点（计算机或设备）的惟一的标识符，即IP