解讀OSI七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之傳輸層.doc

解讀OSI七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之傳輸層介于應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間的傳輸層是分層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的重心部分。它的重要任務(wù)就是直接給運行在不同主機上的應(yīng)用程序提供通信服務(wù)。傳輸層協(xié)議為不同主機上的應(yīng)用程序進(jìn)程提供邏輯通信。邏輯通信的意思就是盡管通信的應(yīng)用進(jìn)程之間不是物理連接的(實際上，它們可能是在一個行星的不同位置，通過各種各樣的路由器和各種鏈接類型連在一起)，而從應(yīng)用程序的角度來看，它們就像是物理連接的一樣。應(yīng)用程序通過使用傳輸層提供的邏輯通信互相傳輸信息，而不用考慮用來傳送這些信息的物理基礎(chǔ)設(shè)施。團.1描述了邏輯通信的概念。如圖1所示，傳輸層協(xié)議實現(xiàn)于終端系統(tǒng)上，而不是在網(wǎng)絡(luò)路由器上。網(wǎng)絡(luò)路由器只作用于3PDU的網(wǎng)絡(luò)層字段，而不作用于傳輸層字段。圖1 傳輸層在兩個應(yīng)用程序之間提供了邏輯的而不是物理的通信在發(fā)送方，傳輸層將應(yīng)用程序發(fā)送的消息轉(zhuǎn)換成4PDU形式(即:傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元)。構(gòu)造4-PDU的過程就是將應(yīng)用程序消息分割成較小的塊，井給每個塊加上一個頭部。然后，傳輸層將這些4-PDU傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。在網(wǎng)絡(luò)層，每一個4PDU又被封裝到一個3PDU今。在接收方，傳輸層接收從網(wǎng)絡(luò)層傳送過來的4PDU，并將這些4-PDU的頭部去掉，將消息重新裝配，最后將它們傳遞給接收進(jìn)程。一個計算機網(wǎng)絡(luò)可以為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序制定多個傳輸層協(xié)議。例如，因特網(wǎng)(Internet)有兩個協(xié)議TCP和UDP。每一個協(xié)議都為調(diào)用應(yīng)用程序提供一套不同的服務(wù)。所有的傳輸層協(xié)議都為應(yīng)用程序提供多路復(fù)用多路分解服務(wù)。除了多路復(fù)用移路分解服務(wù)之外，傳輸層協(xié)議還可以給應(yīng)用進(jìn)程提供其他服務(wù)，包括可靠數(shù)據(jù)傳輸、帶寬保證和傳輸延遲保證。傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間的關(guān)系在協(xié)議棧中，傳輸層位于網(wǎng)絡(luò)層之上，傳輸層協(xié)議為不同主機上運行的進(jìn)程提供邏輯通信，而網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為不同主機提供邏輯通信。這個區(qū)別很微妙，但是卻非常重要。讓我們用一家人作為類比來說明一下這個區(qū)別。設(shè)想一下有兩所房子，一個位于東海岸而另一個位于西海岸，每所房子里都住著12個小孩。東海岸的房子里的小孩和西海岸房子里的小孩是堂兄妹。兩所房子里的孩子喜歡互相通信每個孩子每周都給每一個堂兄妹寫一封信，每一封信都由老式的郵局分別用信封來寄。這樣，每一家每周就都有144封信要送到另一家(這些孩子如果可以用電子郵件的話就可以省掉很多錢了!)在每一家里面.都由一個孩子西海岸的房子里的Ann和東海岸房子里的BilI負(fù)責(zé)郵件的收集和分發(fā)。每周Ann都從她的兄弟姐妹那里收集起來信件，并將這些信件送到每天都來的郵遞服務(wù)員那里。當(dāng)信件到達(dá)西海岸的房子，Ann又將這些信件分發(fā)給她的兄弟姐妹。BilI在東海岸有著同樣的工作。在這個例于中，郵遞服務(wù)提供著兩所房子之間的邏輯通信郵遞服務(wù)在兩所房子之間傳遞郵件，而不是針對每個人的服務(wù)。另一方面，Ann和BilI提供堂兄妹之間的邏輯通信Ann和BilI從他們的兄弟姐妹那里收集郵件并將郵件遞送給他們。注意，從這些堂兄妹的角度看，Ann和BilI是郵件的服務(wù)人，盡管他們倆只是端到端寄送服務(wù)的一部分(終端系統(tǒng)部分)。這個例子是傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間的關(guān)系的一個形象比喻:主機(也稱為終端系統(tǒng))=房子 進(jìn)程=堂兄妹 應(yīng)用程序消息=信封里的信 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議=郵遞服務(wù)(包括郵遞員) 傳輸層協(xié)議=Ann和Bill繼續(xù)我們的這個例子，Ann和Bill各自在他們的家中做所有的工作:他們不負(fù)責(zé)各個郵遞中心的郵件分類工作以及將郵件從一個中心送到另一個中心的工作。這正與傳輸層協(xié)議在終端系統(tǒng)中的作用一樣。在一個終端系統(tǒng)中，傳輸層協(xié)議將應(yīng)用進(jìn)程的消息傳送到網(wǎng)絡(luò)邊緣(也就是網(wǎng)絡(luò)層)，反之亦然:但是它并不涉及消息是如何在網(wǎng)絡(luò)層之間傳送的工作。事實上，正如圖1中所說的，中間路由器對于傳輸層加在應(yīng)用程序消息上的信息不能做任何識別和處理。繼續(xù)我們的例子，假設(shè)Ann和Bill都去度假了，另外一對堂兄妹Susan和Harvey代替他們來提供家庭內(nèi)部的郵件收取和分發(fā)工作。不幸的是，Susan和Harvey所提供的收集和分發(fā)工作與Ann和Bill所提供的不完全相同。對于年齡更小的Susan和Harvey來說，他們收集和分發(fā)郵件的頻率比較少，而且偶爾會發(fā)生丟失信件的事情(這些信件偶爾被家里的狗吃掉了)。這樣，這一對堂兄妹Susan和Harvey提供了一套不同于Ann和Bill的服務(wù)(也就是說，服務(wù)模型不同)。打比方來說，正如一個計算機網(wǎng)絡(luò)可以接受不同的傳輸層協(xié)議一樣，每一個協(xié)議為應(yīng)用程序提供不同的服務(wù)模型。Ann和Bill所可能提供服務(wù)明顯地受限于郵遞服務(wù)所提供的服務(wù)。例如，如果郵遞服務(wù)并不提供在兩所房子之間傳遞郵件所需要的最大時限(如3天)，那么Ann和Bill也就不能保證各個堂兄妹之間的郵件的最大延遲。同樣，傳輸層協(xié)議所提供的服務(wù)也通常受限于位于其下方的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。如果網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議不能提供主機之間傳送的4PDU的延遲和帶寬保證，那么傳輸層協(xié)議也不能提供進(jìn)程之間傳送的消息的延遲和帶寬保證。然而，即使當(dāng)下面的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議使得網(wǎng)絡(luò)層并不能提供某些相應(yīng)服務(wù)時，傳輸層協(xié)議仍然可以提供某些特定服務(wù)。例如，即使下面的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議并不是可靠的，也就是說，即使網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議丟失、篡改或者復(fù)制了傳送的數(shù)據(jù)包，傳輸層協(xié)議也可以提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。另一個例子是，即使網(wǎng)絡(luò)層不能保證4PDU的保密性，傳輸層協(xié)議也可以通過加密的方式來保證應(yīng)用程序消息不被入侵吝讀取。我們會在以后的文章里逐漸接觸到這些問題。因特網(wǎng)中傳輸層回憶一下因特網(wǎng)，通常是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用層可以得到兩種不同的傳輸層協(xié)議。其中種協(xié)議是UDP(User Datagram Protocol)，它為調(diào)用應(yīng)用進(jìn)程提供了一種不可靠的、無連接的服務(wù)。第二種協(xié)議是TCP(Tansmission Control Protocol)，它為調(diào)用應(yīng)用進(jìn)程提供了一種可靠的、面向連接的服務(wù)。當(dāng)設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時，應(yīng)用程序外發(fā)者必須指定這兩種傳輸協(xié)議中的一種。在進(jìn)行UDP和TCP的簡單介紹之前，我們有必要先簡介下因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層。因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議有個名字ID，也就是iNTERNET Protocol。IP提供了主機之間的邏輯通信。IP服務(wù)模型是一個盡力傳送服務(wù)。這就意味著IP盡它最大的努力在通信主機之間傳送數(shù)據(jù)段，但是卻不提供任何保障。特別是，它不能保證數(shù)據(jù)段傳輸?shù)陌踩?，不能保證數(shù)據(jù)段的順序傳輸，不能保證數(shù)據(jù)段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)完整性。基于這些原因，IP被稱為不可靠服務(wù)。每一個主機都要有一個IP地址。在對IP服務(wù)模型進(jìn)行了簡要介紹之后，讓我們來總結(jié)下TCP和UDP的服務(wù)模型。UDP和TCP的基本職責(zé)就是將IP的兩個終端系統(tǒng)之間的傳送服務(wù)擴展為終端系統(tǒng)上運行的兩個進(jìn)程之間的傳送服務(wù)。主機主機的傳送到進(jìn)程進(jìn)程傳送的擴展被稱為應(yīng)用程序的多路復(fù)用和多路分解。UDP和TCP還通過在頭部中加入糾錯字段來提供完整性檢測。這兩個最小的傳輸層服務(wù)進(jìn)程進(jìn)程數(shù)據(jù)傳送和錯誤檢測是UDP所提供的惟一的兩個服務(wù)!特別是，正如IP一樣，UDP是一種不可靠的服務(wù)，它不能保證由一個進(jìn)程送出的數(shù)據(jù)可以完整地到達(dá)目標(biāo)進(jìn)程。另一方面，TCP為應(yīng)用進(jìn)程提供了幾種額外的服務(wù)。首先，也是最重要的，它提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。通過使用數(shù)據(jù)流控制、序列編號、確認(rèn)和計時器(我們會在以后的文章介紹這些技術(shù))，TCP保證了數(shù)據(jù)正確有序地從發(fā)送方進(jìn)程傳送到接收方進(jìn)程。這樣，TCP就將IP的終端系統(tǒng)之間的不可靠傳送服務(wù)轉(zhuǎn)換成了進(jìn)程之間的可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP還使用了擁塞控制機制。與其說擁塞控制是提供給調(diào)用進(jìn)程的服務(wù)，不如說它是提供給整個因特網(wǎng)的服務(wù)，為了公共利益