《传输层传输层协议》课件

传输层协议传输层协议是网络协议栈中位于网络层和应用层之间的一层。传输层协议负责在端到端之间建立可靠的通信连接，并为上层应用提供数据传输服务。WDbyWD课程内容概述传输层简介介绍传输层协议的作用、功能和分类。传输层服务深入讲解传输层提供的服务类型，例如无连接服务和面向连接服务。主要协议解析重点分析UDP和TCP协议的结构、工作机制和优缺点。安全性和质量探讨传输层安全机制、服务质量控制和应用层协议需求。传输层服务面向连接服务面向连接的服务提供可靠的数据传输，保证数据按顺序到达目的地。例如TCP协议，它提供流量控制、拥塞控制和错误重传机制。无连接服务无连接的服务提供不保证数据按顺序到达，也不保证数据是否到达。例如UDP协议，它提供快速的数据传输，适用于对可靠性要求不高的场景。传输层设计目标可靠性确保数据完整无误地到达目的地，即使网络条件不佳。高效性最大限度地利用网络带宽，提高数据传输效率。安全性保护数据传输过程中的信息安全，防止数据被窃取或篡改。可扩展性支持不同类型的网络连接，适应各种网络环境。端到端原则传输层协议的目标是为应用程序提供端到端的通信服务。这意味着传输层协议负责将数据从源主机上的应用程序传递到目标主机上的应用程序，而不必考虑网络的中间部分。例如，当您使用浏览器访问网站时，传输层协议负责将您的请求从您的计算机发送到网站服务器，并将网站服务器的响应发送回您的计算机。传输层协议确保数据能够可靠地、按顺序地传递，即使网络中存在故障。无连接和面向连接服务无连接服务无连接服务不建立连接，数据包独立发送。无需建立连接，节省时间和资源，但无法保证数据顺序和完整性。面向连接服务面向连接服务需要建立连接，数据包按顺序传输。保证数据可靠传输，但需要额外开销，建立连接和维护连接需要时间和资源。UDP协议11.无连接UDP是一种无连接的协议，不需要建立连接，数据包直接发送。22.不可靠UDP不保证数据包的顺序和完整性，可能丢失或重复。33.轻量级UDP的报文头很小，开销低，适合实时性要求高的应用。44.应用场景UDP通常用于实时通信，例如视频通话、游戏、DNS查询。UDP报文格式UDP报文格式较为简单，主要包含源端口号、目标端口号、长度和校验和四个字段。UDP报文格式的设计简化了数据传输过程，使其在需要快速数据传输的应用场景中更具优势，例如实时视频流、网络游戏等。UDP优缺点速度快UDP协议没有连接建立过程，也不需要进行复杂的流量控制和拥塞控制，因此数据传输速度快。简单高效UDP协议设计简单，实现起来比较容易，而且开销较小，适合实时性要求高的应用。不可靠UDP协议没有提供数据可靠性保障机制，数据可能会丢失或乱序。功能有限UDP协议没有提供流量控制和拥塞控制机制，也不支持连接建立和断开，功能相对有限。TCP协议1面向连接TCP协议是一种面向连接的协议，在数据传输之前需要建立连接。2可靠传输通过流量控制、拥塞控制和重传机制，TCP协议可以保证数据的可靠传输。3字节流传输TCP协议将数据看作一个字节流，应用程序可以按顺序发送和接收数据。4全双工通信TCP协议支持全双工通信，数据可以在两个方向上同时传输。TCP报文格式TCP报文格式包含头部和数据部分。头部包含源端口、目标端口、序号、确认号、数据偏移、保留、标志、窗口大小、校验和、紧急指针等信息。数据部分包含应用层数据。TCP协议使用报文段进行数据传输，每个报文段都包含头部信息，用于控制数据传输。TCP三次握手连接建立1SYN客户端发送SYN包，请求建立连接。2SYN-ACK服务器发送SYN-ACK包，确认连接请求。3ACK客户端发送ACK包，确认服务器的确认。三次握手是TCP连接建立的必要步骤，确保双方都准备好进行数据传输。TCP流量控制防止接收者过载TCP流量控制机制可根据接收方缓冲区容量调节发送速度，防止接收方被过多的数据淹没。滑动窗口机制发送方根据接收方反馈的窗口大小信息调整发送速率，保证数据传输的效率和可靠性。TCP拥塞控制避免网络拥塞TCP通过拥塞控制机制，防止网络过载，保证网络稳定运行。慢开始连接建立后，TCP发送方会逐渐增加发送窗口大小，直到达到网络容量，避免突发流量冲击网络。拥塞避免当网络拥塞出现时，TCP发送方会减小发送窗口大小，降低发送速率，缓解网络压力。快速重传当TCP收到重复确认报文，就认为数据丢失，立即重传丢失数据，快速恢复网络连接。TCP超时重传TCP使用超时重传机制来确保数据可靠传输。1发送方计时器发送方为每个数据段设置一个计时器，如果在计时器到期之前未收到确认，则重传该数据段。2重传机制如果数据段在超时时间内未收到确认，发送方会重新发送该数据段。3确认机制接收方收到数据段后，会向发送方发送确认信息。超时重传机制可以有效地处理网络中的数据丢失和延迟问题，确保数据能够最终到达接收方。TCP断开连接1主动关闭一方主动发送FIN报文，另一方收到后响应ACK报文，并进入半关闭状态。发送方不再发送数据，但仍可接收数据。接收方收到FIN后，不再发送数据，但仍可接收数据。2被动关闭接收方收到FIN报文后，响应ACK报文，并进入半关闭状态。接收方不再发送数据，但仍可接收数据。发送方收到ACK后，进入半关闭状态，等待接收方的FIN报文。3关闭完成发送方收到接收方的FIN报文后，响应ACK报文，并完成连接关闭。发送方和接收方都已关闭连接，不再发送或接收数据。TCP优缺点优点TCP提供了可靠的数据传输服务。它确保数据完整性和顺序交付。TCP是面向连接的协议，在数据传输之前需要建立连接，确保连接有效性。缺点TCP是面向连接的协议，建立连接需要额外的开销，会增加延迟。TCP需要进行流量控制和拥塞控制，这些机制会导致数据传输效率降低。应用层协议对传输层的需求1可靠数据传输例如，HTTP协议需要可靠传输网页数据，确保网页完整呈现。2流量控制例如，FTP协议需要控制数据传输速率，避免网络拥塞。3安全性例如，电子邮件协议需要加密数据传输，保证信息安全。4服务质量例如，实时音视频传输需要保证传输延迟和数据丢失率。HTTP协议对传输层的需求可靠数据传输HTTP协议通常需要确保网页和资源可靠地传输，而TCP协议提供了可靠的数据传输机制，保证数据完整性和顺序性。流量控制和拥塞控制HTTP协议需要有效地管理网络流量，防止过多的请求导致网络拥塞，TCP协议提供流量控制和拥塞控制机制，确保数据传输效率和稳定性。多路复用HTTP协议支持同一连接上发送多个请求，TCP协议的多路复用功能允许同一连接上同时传输不同数据流，提高传输效率。FTP协议对传输层的需求数据传输可靠性FTP协议需要传输大量文件。数据传输可靠性至关重要，确保数据完整性、无丢失，防止传输错误。电子邮件协议对传输层的需求可靠性电子邮件协议需要确保邮件的可靠传输，防止丢失或损坏。安全性电子邮件协议需要保证邮件内容的机密性，防止被窃取或篡改。效率电子邮件协议需要实现高效的数据传输，确保邮件的及时送达。传输层安全性数据加密传输层协议可以对数据进行加密，防止窃听和篡改。身份验证传输层协议可以验证通信双方的身份，防止伪造和欺骗。访问控制传输层协议可以控制哪些用户可以访问哪些数据，保障数据安全。SSL/TLS协议安全套接字层SSL/TLS协议提供了一种安全的方式来在互联网上传输数据，它使用加密来保护数据在传输过程中的机密性，完整性和身份验证。数据加密它使用对称加密算法来加密实际数据内容，并使用非对称加密算法来交换密钥，从而确保数据传输的安全性。身份验证SSL/TLS协议可以用于验证服务器的身份，也可以用于验证客户端的身份，从而确保数据传输的真实性和可靠性。传输层服务质量可靠性数据传输的准确性，确保数据完整无误地到达目的地。及时性数据传输的时延，保证数据能够在规定的时间内到达目的地。带宽数据传输的速率，确保数据传输的效率和速度。安全性数据传输的安全性，防止数据被窃取、篡改或丢失。实时音视频传输低延迟实时音视频传输要求低延迟，确保音视频同步，避免卡顿和延迟。高带宽实时音视频传输需要高带宽，以满足传输大量数据，确保流畅的音视频播放。网络质量网络质量影响音视频传输质量，需要选择稳定的网络环境，避免网络波动导致的音视频卡顿。可靠数据传输数据包丢失网络中可能存在数据包丢失的情况，例如由于网络拥塞或设备故障。数据包乱序数据包到达接收方时，顺序可能被打乱。数据包重复数据包可能在网络中被重复发送，导致接收方收到多个相同的数据包。差分服务数据流分类差分服务将网络流量分为不同的优先级类别。例如，实时音视频流通常被标记为高优先级，而文件下载则被标记为低优先级。优先级处理网络设备根据数据流的优先级分配不同的资源。高优先级数据流将获得更多的带宽和更低的延迟。IntServ和DiffServ模型1IntServ提供端到端的服务质量保证，网络设备会根据服务质量需求进行资源分配和管理，可以满足对带宽、延迟、抖动和丢包率等方面有较高要求的应用，例如实时音视频传输。2DiffServ根据数据流的优先级进行分类