傳輸層（1）主講：趙玉娟E-mail：zhaoyujuan@上節(jié)知識(shí)回顧網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)網(wǎng)際協(xié)議IP劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議學(xué)習(xí)目標(biāo)了解傳輸層定義和主要內(nèi)容，包含的協(xié)議。理解用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

UDP工作機(jī)制，數(shù)據(jù)報(bào)文格式。理解傳輸控制協(xié)議TCP

工作機(jī)制，數(shù)據(jù)報(bào)文格式。重點(diǎn)理解端口、套接字概念，傳輸層邏輯連接的概念。為什么要設(shè)置傳輸層？傳輸層的主要功能是什么？UDP協(xié)議的特點(diǎn)是什么？TCP協(xié)議的特點(diǎn)是什么？目錄1傳輸層協(xié)議概述2用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP3傳輸控制協(xié)議TCP傳輸層協(xié)議概述從通信和信息處理角度看：傳輸層向它上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，同時(shí)也是用戶功能中的最低層。物理層網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)輸層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層面向信息處理面向通信用戶功能網(wǎng)絡(luò)功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)分布在不同地理位置的聯(lián)網(wǎng)主機(jī)之間的進(jìn)程通信，以實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能；傳輸層的主要作用就是要實(shí)現(xiàn)分布式進(jìn)程通信，它是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與應(yīng)用層協(xié)議的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)的問(wèn)題引入傳輸層必要性（網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)存在問(wèn)題）：分組向進(jìn)程遞交分組傳輸不可靠無(wú)法確定數(shù)據(jù)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)間子網(wǎng)中各站點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的隨機(jī)性無(wú)法確定數(shù)據(jù)未達(dá)終點(diǎn)狀態(tài)丟失/延遲/即刻到達(dá)/亂序、重復(fù)拷貝、限制報(bào)文在某個(gè)有限大小引入傳輸層作用消除網(wǎng)絡(luò)層不可靠：無(wú)法控制通信子網(wǎng)，改善質(zhì)量，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)層QoS；提供端到端服務(wù)：提供可靠、與實(shí)際使用網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)信息傳輸。有必要增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)質(zhì)量傳輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信54321應(yīng)用進(jìn)程傳輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信IP層應(yīng)用進(jìn)程AP1AP2AP4端口端口54321IP協(xié)議的作用范圍傳輸層協(xié)議TCP和UDP的作用范圍AP3主機(jī)A主機(jī)B路由器1路由器2AP1LAN2WANAP2AP3AP4LAN1當(dāng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的兩個(gè)主機(jī)使用網(wǎng)絡(luò)核心部分的功能進(jìn)行端到端的通信時(shí)，只有位于網(wǎng)絡(luò)邊緣部分的主機(jī)的協(xié)議棧才有傳輸層，而網(wǎng)絡(luò)核心部分中的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)都只用到下三層的功能。傳輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要區(qū)別應(yīng)用進(jìn)程…應(yīng)用進(jìn)程…IP協(xié)議的作用范圍（提供主機(jī)之間的邏輯通信）TCP和UDP協(xié)議的作用范圍（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）因特網(wǎng)傳輸層的主要功能傳輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信（網(wǎng)絡(luò)層是為主機(jī)之間提供邏輯通信）。兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信實(shí)際上就是兩個(gè)主機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)程互相通信。應(yīng)用進(jìn)程之間的通信又稱為端到端的通信。傳輸層向高層用戶屏蔽了下面網(wǎng)絡(luò)核心的細(xì)節(jié)。（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、所采用的路由選擇協(xié)議等），它使應(yīng)用進(jìn)程看見(jiàn)的就好像在兩個(gè)傳輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。傳輸層對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。傳輸層實(shí)現(xiàn)復(fù)用和分用。應(yīng)用層不同進(jìn)程的報(bào)文通過(guò)不同的端口向下交付給傳輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)。傳輸層的主要協(xié)議面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP

盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的（只提供盡最大努力服務(wù)），但這種邏輯通信信道就相當(dāng)于一條全雙工的可靠信道。TCP傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單位是TCP報(bào)文段(segment)無(wú)連接的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP這種邏輯通信信道是一條不可

靠信道。

UDP傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單位是

UDP報(bào)文或用戶數(shù)據(jù)報(bào)。IP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口TCPUDP傳輸層的多路復(fù)用與分用目錄1傳輸層協(xié)議概述2用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP3傳輸控制協(xié)議TCPUDP概述

UDP只在IP的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)之上增加了很少一點(diǎn)的功能，即端口的功能和差錯(cuò)檢測(cè)的功能。UDP是無(wú)連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。UDP使用盡最大努力交付，不保證可靠交付，同時(shí)也不使用擁塞控制。UDP支持一對(duì)一、一對(duì)多交互通信。UDP的首部開(kāi)銷小，只有8個(gè)字節(jié)。UDP工作過(guò)程發(fā)送方UDP對(duì)應(yīng)用程序交下來(lái)的報(bào)文，在添加首部后就向下交付IP層。UDP對(duì)應(yīng)用層交下來(lái)的報(bào)文，既不合并，也不拆分。應(yīng)用層交給UDP多長(zhǎng)的報(bào)文，UDP就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個(gè)報(bào)文。應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文。接收方UDP對(duì)IP層交上來(lái)的UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)，在去除首部后就原封不動(dòng)地交付上層的應(yīng)用進(jìn)程，一次交付一個(gè)完整的報(bào)文。面向報(bào)文的UDPIP層UDP首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分傳輸層IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分IP首部應(yīng)用層報(bào)文應(yīng)用層首部首部UDP的首部格式數(shù)據(jù)IP數(shù)據(jù)報(bào)UDP長(zhǎng)度源IP地址目的IP地址017字節(jié)44112偽首部源端口目的端口長(zhǎng)度檢驗(yàn)和122222字節(jié)數(shù)據(jù)UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)偽首部源端口目的端口長(zhǎng)度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)首部UDP長(zhǎng)度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP有兩個(gè)字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有8個(gè)字節(jié)，由4個(gè)字段組成，每個(gè)字段都是兩個(gè)字節(jié)。偽首部源端口目的端口長(zhǎng)度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)首部UDP長(zhǎng)度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，臨時(shí)把“偽首部”和UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)連接在一起。偽首部?jī)H僅是為了計(jì)算檢驗(yàn)和。計(jì)算UDP檢驗(yàn)和的例子1001100100010011→153.190000100001101000→8.1041010101100000011→171.30000111000001011→14.110000000000010001→0和170000000000001111→150000010000111111→10870000000000001101→130000000000001111→150000000000000000→0（檢驗(yàn)和）0101010001000101→數(shù)據(jù)0101001101010100→數(shù)據(jù)0100100101001110→數(shù)據(jù)0100011100000000→數(shù)據(jù)和0（填充）1001011011101101→求和得出的結(jié)果0110100100010010→檢驗(yàn)和04112字節(jié)偽首部8字節(jié)UDP首部7字節(jié)數(shù)據(jù)填充按二進(jìn)制反碼運(yùn)算求和將得出的結(jié)果求反碼全0171510871315全0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)全0目錄1傳輸層協(xié)議概述2用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP3傳輸控制協(xié)議TCP

TCP最主要的特點(diǎn)TCP是面向連接的傳輸層協(xié)議。每一條TCP連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)，每一條TCP連接只能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的（一對(duì)一）。TCP提供可靠交付的服務(wù)。TCP提供全雙工通信。面向字節(jié)流。768HTCP面向流的概念發(fā)送TCP報(bào)文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程181716151445131211H109H加上TCP首部構(gòu)成TCP報(bào)文段TCPTCP192021字節(jié)流1230字節(jié)流H表示TCP報(bào)文段的首部x表示序號(hào)為x的數(shù)據(jù)字節(jié)TCP連接應(yīng)當(dāng)注意TCP連接是一條邏輯連接而不是一條真正的物理連接。TCP不關(guān)心應(yīng)用進(jìn)程一次發(fā)送多長(zhǎng)的報(bào)文到TCP緩存中。TCP根據(jù)對(duì)方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)（UDP如何做？）。TCP既可以把長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊劃分為短數(shù)據(jù)塊傳送，也可以等待積累足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報(bào)文段發(fā)送出去。TCP的連接TCP把連接作為最基本的抽象，每一條TCP連接有兩個(gè)端點(diǎn)。TCP連接的端點(diǎn)不是主機(jī)，不是主機(jī)的IP地址，不是應(yīng)用進(jìn)程，也不是傳輸層的協(xié)議端口。TCP連接的端點(diǎn)叫做套接字(socket)或插口。端口號(hào)拼接IP地址即構(gòu)成了套接字。

？端口號(hào)標(biāo)識(shí)進(jìn)程——在傳輸層使用協(xié)議端口號(hào)（簡(jiǎn)稱為端口）。采用16位標(biāo)識(shí)。雖然通信的終點(diǎn)是應(yīng)用進(jìn)程，但可以把端口想象是通信的終點(diǎn)。只要把要傳送的報(bào)文交到目的主機(jī)的某一個(gè)合適的目的端口，剩下的工作（即最后交付目的進(jìn)程）就由TCP來(lái)完成。端口是邏輯概念（軟件端口，地址），注意與硬件端口概念區(qū)別。端口號(hào)只具有本地意義，端口號(hào)只標(biāo)志本計(jì)算機(jī)應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計(jì)算機(jī)的相同端口號(hào)沒(méi)有聯(lián)系。三類端口端口號(hào)的數(shù)值范圍：端口用16位的端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)；在TCP/IP協(xié)議族中，端口號(hào)取0~65535之間的整數(shù)。端口號(hào)的類型：熟知端口，數(shù)值一般為0~1023。注冊(cè)端口號(hào)，數(shù)值為1024~49151，為沒(méi)有熟知端口號(hào)的應(yīng)用程序使用的。使用這個(gè)范圍的端口號(hào)必須在IANA登記，以防止重復(fù)。臨時(shí)端口號(hào)，數(shù)值為49152~65535，留給客戶進(jìn)程選擇，暫時(shí)使用。一次通信中，動(dòng)態(tài)使用端口號(hào)。通信結(jié)束后，這個(gè)端口號(hào)可供其他客戶進(jìn)程以后使用。UDP的熟知端口號(hào)的分配端口號(hào)服務(wù)進(jìn)程說(shuō)明53DNS域名服務(wù)67/68DHCP動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議69TFTP簡(jiǎn)單文件傳送協(xié)議111RPC遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用123NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議161/162SNMP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議520RIP路由信息協(xié)議TCP的熟知端口號(hào)的分配端口號(hào)服務(wù)進(jìn)程說(shuō)明20FTP文件傳輸協(xié)議（數(shù)據(jù)連接）21FTP文件傳輸協(xié)議（控制連接）23TELNET網(wǎng)絡(luò)虛擬終端協(xié)議25SMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議80HTTP超文本傳輸協(xié)議119NNTP網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議179BGP邊界路由協(xié)議套接字(socket)

套接字socket=(IP地址:端口號(hào))

每一條TCP連接唯一地由通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定。即：

TCP連接::={socket1,socket2}={(IP1:port1),(IP2:port2)}套接字網(wǎng)絡(luò)層定義了IP地址；傳輸層需要解決的第一個(gè)問(wèn)題是進(jìn)程標(biāo)識(shí)。同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，不同應(yīng)用進(jìn)程可以用進(jìn)程號(hào)唯一地標(biāo)識(shí)。進(jìn)程號(hào)又稱端口號(hào)(portnumber)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程必須同時(shí)使用IP地址與端口號(hào)。套接字(socket)或套接字地址(socketaddress)表示一個(gè)IP地址與對(duì)應(yīng)的一個(gè)進(jìn)程標(biāo)識(shí)。套接字是建立網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的可編程接口，因此套接字又稱為應(yīng)用編程接口(applicationprogramminginterface，API)。應(yīng)用進(jìn)程、傳輸層接口與套接字應(yīng)用進(jìn)程、套接字與傳輸層協(xié)議的關(guān)系TCP首部20字節(jié)的固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FIN32位SYNRSTPSHACKURG位08162431填充TCP數(shù)據(jù)部分TCP首部TCP報(bào)文段IP數(shù)據(jù)部分IP首部發(fā)送在前TCP報(bào)文段的首部格式TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充源端口和目的端口字段（各占2字節(jié)）——端口是傳輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)復(fù)用和分用功能。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充序號(hào)（4字節(jié)）——TCP連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都編上一個(gè)序號(hào)，指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充確認(rèn)號(hào)（占4字節(jié)）——是期望收到對(duì)方的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充數(shù)據(jù)偏移（即首部長(zhǎng)度，4位）——指出TCP報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離TCP報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位是32位字（以4字節(jié)為計(jì)算單位）。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充保留字段——占6位，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為0。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充緊急URG——當(dāng)URG1時(shí)，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù))。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充確認(rèn)ACK——只有當(dāng)ACK1時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效。當(dāng)ACK0時(shí)，確認(rèn)號(hào)無(wú)效。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充推送PSH(PuSH)——接收TCP收到PSH=1的報(bào)文段，就盡快地交付接收應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到整個(gè)緩存都填滿了后再向上交付。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充復(fù)位RST(ReSeT)——當(dāng)RST1時(shí)，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)（如由于主機(jī)崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運(yùn)輸連接。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充同步SYN——同步SYN=1表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充終止FIN(FINis)——用來(lái)釋放一個(gè)連接。FIN1表明此報(bào)文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充窗口字段——占2字節(jié)，用來(lái)讓對(duì)方設(shè)置發(fā)送窗口的依據(jù)，單位為字節(jié)。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充檢驗(yàn)和——占2字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，要在TCP報(bào)文段的前面加上12字節(jié)的偽首部。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）源端口序號(hào)緊急指