计算机网络运输层

计算机网络教程（第2版）第8章运输层第8章运输层

8.1运输层协议概述8.1.1进程之间的通信8.1.2运输层中的两个协议8.1.3运输层的端口8.2用户数据报协议UDP 8.2.1UDP概述 8.2.2UDP的首部格式第8章运输层（续）8.3传输控制协议TCP 8.3.1TCP概述 8.3.2TCP报文段的首部 8.3.3TCP的数据编号与确认 8.3.4TCP的流量控制与拥塞控制 8.3.5TCP的重传机制 8.3.6TCP的运输连接管理 8.3.7TCP的有限状态机8.1运输层协议概述

8.1.1进程之间的通信

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通信54321运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协议的作用范围运输层协议TCP和UDP的作用范围AP3应用进程之间的通信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。应用进程之间的通信又称为端到端的通信。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。“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。运输层协议和网络层协议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）因特网运输层的主要功能运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。运输层还要对收到的报文进行差错检测。运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP。

运输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道？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TCP/IP的运输层有两个不同的协议：(1)用户数据报协议UDP (UserDatagramProtocol)(2)传输控制协议TCP (TransmissionControlProtocol)8.1.2运输层中的两个协议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(TransportProtocolDataUnit)。TCP传送的数据单位协议是TCP报文段(segment)UDP传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报。TCP与UDPTCP/IP体系中的运输层协议TCPUDPIP应用层与各种网络接口运输层TCP与UDPUDP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。TCP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。还要强调两点运输层的

UDP

用户数据报与网际层的IP数据报有很大区别。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。TCP

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。8.1.3运输层的端口端口就是运输层服务访问点TSAP。端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给运输层，以及让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。端口度在进羞程之距间的桂通信输中所医起的损作用应用层运输层网络层TC读P报文狭段UD扣P用户沟数据静报应用赶进程TC侄P复用IP复用UD怕P复用TC跟P报文酱段UD朴P用户粱数据挑报应用摔进程端口端口TC割P分用UD历P分用IP分用IP数据报IP数据报发送驰方接收狗方端口端口枪用一陈个16位端兔口号芦进行故标志辰。端口吧号只率具有亭本地评意义丘，即喊端口维号只荣是为率了标与志本疲计算狱机应乒用层季中的爷各进堂程。龙在因尤特网亏中不暖同计红算机舰的相懒同端渡口号残是没辨有联救系的昏。三类雪端口(1桌)熟知便端口码，其怎数值采一般灯为0~寨10道23。当鞠一种萌新的搂应用友程序谷出现质时，得必须诉为它必指派贡一个密熟知矛端口双。(2秋)登记扭端口闪，其董数值故为10渠24释~4催91士51。这弊类端搅口是IC款AN礼N控制们的，肉使用昼这个涉范围谅的端伙口必织须在IC批AN绞N登记乌，以趟防止颜重复巷。(3茄)动态铃端口敢，其等数值族为49遮15动1~带65飘53同5。这彼类端壤口是恐留给标客户莫进程系选择富作为智临时禽端口胳。8.呼2用户姓数据益报协野议UD邻P8.决2.刚1伪U睡DP概述UD世P只在IP的数仰据报盛服务念之上颗增加行了很个少一驱点的惹功能仙，即斑端口练的功疗能和饭差错诵检测浩的功道能。虽然UD旧P用户音数据像报只铅能提萝供不洽可靠摩的交睁付，湖但UD绣P在某离些方穿面有员其特态殊的悼优点兆。发送驾数据鸽之前诱不需魄要建吐立连售接UD系P的主业机不笔需要倍维持贩复杂惕的连娱接状找态表牌。UD糊P用户饼数据犹报只圾有8个字拖节的成首部透开销诉。网络馋出现裹的拥叹塞不梢会使械源主验机的刑发送循速率杆降低拳。这倚对某阶些实等时应切用是坚很重潜要的禽。UD贼P的特季点UD晃P是无戒连接沫的，受即发源送数止据之干前不消需要冻建立鸣连接扇（当尼然发穿送数滑据结梅束时双也没拥有连羡接可哥释放潜），辩因此园减少柜了开凤销和映发送久数据昂之前坛的时源延。UD盲P使用叼尽最薪大努盛力交锹付，炉即不纲保证给可靠丘交付灾，同问时也岸不使勾用拥益塞控欣制，泊因此排主机堪不需吃要维奸持具午有许恭多参装数的形、复首杂的抽连接士状态搅表。UD娇P的特驱点（鞋续）由于UD效P没有改拥塞骗控制蛮，因葬此网办络出渐现的引拥塞巷不会蔽使源赏主机敌的发缘瑞送速休率降浙低。上这对程某些会实时毛应用两是很堆重要些的。闻很多蔽的实彼时应川用（透如IP电话沉、实沿时视掘频会龄议等坚）要狱求源身主机申以恒孙定的顷速率稿发送缺数据天，并债且允誓许在陶网络策发生气拥塞忆时丢游失一横些数翻据，让但却赛不允替许数克据有钩太大缺的时赢延。UD尤P正好考适合执这种纯要求上。UD岸P的特厅点（漏续）UD肤P是面光向报旧文的静。这购就是竿说，UD忌P对应换用程唇序交桃下来井的报新文不搞再划昏分为语若干跨个分涛组来遗发送罩，也恐不把增收到屯的若冬干个革报文敬合并椒后再涌交付购给应齿用程雨序。应用芽程序吩交给UD梅P一个蹄报文梳，UD舒P就发却送这痛个报系文；可而UD注P收到炮一个手报文苏，就习把它节交付赵给应偿用程还序。应用甜程序砖必须聚选择桥合适紫大小愧的报湖文。UD胁P的特谎点（芳续）UD灭P支持像一对右一、班一对均多、狗多对律一和坏多对前多的完交互念通信愿。用户应数据狮报只这有8个字伟节的局首部鄙开销便，比TC算P的20个字迹节的级首部派要短绪。UD蝇P的问雾题虽然紧某些夏实时星应用剑需要优使用完没有舅拥塞苗控制易的UD腥P，但执当很双多的胜源主触机同你时都答向网名络发诞送高热速率子的实灰时视继频流绘时，屠网络虚就有麦可能岂发生夹拥塞希，结肿果大取家都交无法薪正常园接收翁。还有聪一些迟使用UD齐P的实跳时应浪用需诸要对UD哨P的不芬可靠暑的传掠输进欠行适项当的星改进生以减屠少数毒据的此丢失逐。8.荷2.少2申U痒DP用户蛛数据封报的挣首运部格绸式伪首宾部源端只口目的访端口长叹度检验国和数施据首辆部UD誓P长度源IP地址目的IP地址017IP数据线报字节44112122222字节发送啄在前数姑据首背部UD白P用户食数据浸报伪首谨部源端禽口目的插端口长煌度检验拣和数激据首迹部UD略P长度源IP地址目的IP地址017IP数据肃报字节44112122222字节发送尿在前数碑据首剩部UD引P用户引数据刑报用户吃数据滚报UD拔P有两灿个字绞段：斤数据游字段慰和首挑部字鸡段。奖首部爪字段调有8个字太节，耳由4个字单段组景成，优每个巨字段粮都是府两个匠字节楚。伪首馅部源端乐口目的蝴端口长齿度检验诱和数魄据首葬部UD大P长度源IP地址目的IP地址017IP数据贴报字节44112122222字节发送研在前数侍据首贫部UD坡P用户垂数据谁报在计才算检尚验和旺时，祥临时够把“它伪首代部”岭和UD牛P用户腹数据策报连枝接在帅一起专。伪首呜部仅习仅是房诚为了孤计算邻检验烘和。8.衣3传输宰控制油协议TC岩P8.篮3.诉1什T捧CP概述端口…发送TC暑P报文滑段TC轰P…TC衔P接收萄缓存发送门缓存报文嫁段…报文恳段报文枣段端口发送璃方接收菌方向发伞送缓若存写入相数据疫块从接置收缓挤存读取旦数据堂块应用屿进程应用绿进程TC牙P连接究的任鸟何一爷方类都能备够发糊送和睛接收导数据通信邮是全福双工氧方式致。发送烧方的淘应用箩进程斜按照清自己蠢产生啊数据吹的规朽律，河不断可地把槐数据课块陆塑续写敏入到TC桨P的发通送缓茄存中陵。TC闸P再从请发送突缓存健中取磁出一队定数尚量的陡数据脊，将先其组央成TC沟P报文榆段(s拍eg限me星nt指)逐个款传送佣给IP层，好然后僻发送墙出去辉。接收醉方从IP层收厦到TC湾P报文掘段后狸，先况把它装暂存书在接溜收缓览存中碑，然拣后让滤接收顽方的棍应用致进程妨从接烈收缓柏存中伍将数籍据块斩逐个师读取匹。一对糊一的颠通信由于努运输圈层的瓜通信珍是面析向连辟接的放，因秘此TC途P每一惩条连稻接上边的通业信只昨能是病一对联一的冠，而客不可恐能是稀一对板多、重多对皮一或占多对却多的鄙。运输拨层A运输架层B发送财报文拦段1确认帅报文睛段1发送赔报文夺段2出错灾！丢弃哗出错歪的报烤文段丢失刺！超时苦重传察报文侮段2超时集重传娘报文能段2确认神报文诵段2发送疲报文拣段3时间时间每发决送一鱼个报丹文段掏都要恩启动征计时美器但图丝式中未锈画出柔没有漏起作少用的忽计时医器应当齐注意A在发絮送完始一个项报文置段后抗，必拢须留抬有该刮报文占段的休副本景，以寺便在蹄必要厘时进绳行重棉传。如果付重传虚时间蜂设定果得很安长，炕那么素通信河的效颈率就泥会很窃低。扇但如芦果重聚传时医间设芦定得描很短将，就紫浪费殃了网唇络资挪源，道在网捏络上玻增加谈了不防必要泛的通赛信量全。重传招时间嫁的设况定是画相当提复杂问。运输片层A运输蓬层B发送织报文恭段1确认淘报文算段1发送择报文厦段2超时幼重传蹲报文另段2丢弃江重复督的报岛文段确认例报文喜段2发送描报文猫段3时间时间每发宇送一穗个报元文段抢都要劝启动护计时拳器。但图围中未纱画出立没有低起作脖用的气计时蜂器。丢失肆！确认葬报文叠段2确认请也可辅能出担错或匠丢失B所发稿送的剩对报财文段2的确炊认丢崭失了径。A无法仁知道商是自着己发盆送的锡报文肚段出鸦错、驳丢失判或者鼻是对题方发杨送的塞确认笼丢失敞了。闪因此谋要对欠报文皂段2超时顾重传择。B正确描收到箱了报闻文段2，采跑取两弯个行障动。丢弃靠这个往报文摆段（鹿否则嘉就重质复了槽）。向A发送蛛确认泛。这歼个重扛复的千确认据不能欧省略隔，因回为A再次剃发送证报文饼段2就表茂示A没有括收到滚对报配文段2的确喷认。TC外P可靠匪通信趴的具议体实趟现很职复杂TC遣P的报登文段花的长兵度是鄙不确符定的浪。TC握P能够幕提供羽全双灵工通帽信，锻可以笨在发解送自龟己的缘瑞数据遇报文乏段的巨同时奴，捎衰带地它把确啊认信尼息附法上。为了灵提高偏通信秧传输谅效率肿，发鸭送数菊据报昌文段站的一木方，星可以虎连续弟发送就多个望数据臂报文焦段，冈而不妖需要天在收话到一递个确嘉认后粮才发革送下刻一个既报文驶段。要使字用特坟定的胁算法则来估卵算比嗓较合怜适的汗重传呼时间漂。TC痰P的首洞部格真式TC胖P报文椅段分许为首考部和倚数据贱两部苏分。TC绣P的全害部功谜能都捉体现堂在它欣首部质中各张字段雨的作研用。TC写P报文赔段首岩部的均前20个尼字节侧是固植定的仙，后雅面有4N字节踩是根芳据需漫要而张增加法的选船项(N必须榜是整绩数)。因权此TC井P首部屿的最仙小长畅度是20字节亲。TC数P首部20字节膜的固定筋首部目着的敌端暗口数据偏移检艰验简和选气项盆（长远度政可滥变）源庭端庸口序欣号紧竭急贵指眯针窗集口确偷认愧号保珠留FIN32位SYNRSTPSHACKURG位0尿8松16肺24辰3锋1填续充TC犁P数据墙部分TC饮P首部TC申P报文傻段IP数据克部分IP首部发送记在前TC与P首部20字节固定首部目歪的香端该口数据偏移检火验春和选确项政（长疮度雨可拖变）源晓端毫口序朽号紧绝急投指抢针窗灵口确亭认党号保隶留FINSYNRSTPSHACKURG位0朋8浓1腥6斤2东4旅3丢1填挂充源端梁口和祥目的权端口扛字段——各占2字节蛾。端黎口是辨运输连层与甜应用摩层的议服务哪接口抄。运哭输层窃的复股用和馒分用学功能队都要想通过冰端口卵才能净实现票。TC煎P首部20字节固定首部目耳的狭端聚口数据偏移检爪验龟和选绵项塘（长箭度朗可盆变）源峰端毁口序抖号紧策急颜指深针窗彻口确许认途号保糟留FINSYNRSTPSHACKURG位0鸣8膜1阵6益2刊4析3贪1填辜充序号愚字段——占4字节漠。TC座P连接潜中传蹲送的乔数据新流中重的每睛一个逼字节纸都编态上一谊个序违号。民序号泽字段炸的值径则指法的是凶本报疾文段段所发凑送的去数据步的第容一个深字节腥的序种号。TC警P首部20字节固定首部目杜的哨端医口数据偏移检溜验贸和选棵项址（长复度某可仓变）源故端轻口序陆号紧宋急沾指榆针窗投口确艺认局号保菜留FINSYNRSTPSHACKURG位0倘8穷1径6券2顽4帝3翠1填雅充确认锹号字污段——占4字节斑，是毅期望伟收到简对方市的下姿一个励报文右段的劲数据掩的第剥一个否字节猎的序催号。TC盼P首部20字节固定首部目呈的量端移口数据偏移检跳验脚和选列项挪（长旦度残可障变）源懂端拔口序协号紧弟急禾指创针窗道口确两认清号保昏留FINSYNRSTPSHACKURG位0恐8尊1鞋6绒2吧4颗3膏1填葱充数据舰偏移——占4位，暴它指创出TC阿P报文聪段的格数据导起始脾处距童离TC尼P报文猪段的鉴起始坚处有怪多远品。“监数据邮偏移树”的郑单位秀不是菊字节趟而是32位字鼓（4字节退为计俊算单蔽位）损。TC呼P首部20字节固定首部目通的凯端位口数据偏移检绵验稳和选光项肆（长桂度碍可勇变）源演端疾口序悔号紧聪急芒指寸针窗麻口确陡认王号保龟留FINSYNRSTPSHACKURG位0层8圆1烤6坝2幅4狱3堂1填谜充保留欠字段——占6位，屋保留腹为今既后使己用，碍但目蛋前应耐置为0。TC丝式P首部20字节固定首部目歼的肃端文口数据偏移检脱验烦和选穗项具（长招度蚀可宅变）源毒端猪口序冷号紧帅急母指精针窗确口确卫认苹号保咳留FINSYNRSTPSHACKURG位0昆8粥1翠6躺2闷4关3鞭1填旺充紧急羞位UR防G辱——当UR努G1时，许表明灯紧急这指针渗字段栏有效堂。它引告诉体系统困此报浩文段臭中有桐紧急泽数据朱，应确尽快岸传送(相当罩于高葵优先获级的弹数据)。TC耳P首部20字节固定首部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