傳輸層傳輸層協(xié)議-PPT課件(PPT 33頁(yè))

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第1頁(yè)，共33頁(yè)。傳輸層基本功能與服務(wù)UDP協(xié)議, TCP協(xié)議習(xí)題第13課:主要內(nèi)容第2頁(yè)，共33頁(yè)。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：了解運(yùn)輸層協(xié)議類(lèi)型，運(yùn)輸層的分用和復(fù)用；掌握UDP，TCP協(xié)議的特點(diǎn)；UDP報(bào)文的格式；難點(diǎn)：熟悉進(jìn)程間的通信過(guò)程；UDP，TCP的端口服務(wù)類(lèi)型；第3頁(yè)，共33頁(yè)。討論1 傳輸層的基本功能和服務(wù)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)功能用戶(hù)功能面向通信面向信息處理從通信和信息處理的角度看：傳輸層向它的上一層應(yīng)用提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，也是用戶(hù)功能的最低層第4頁(yè)，共33頁(yè)。討論1 傳輸層的基本功能和服務(wù)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)功能用戶(hù)功能

2、面向通信面向信息處理其主要任務(wù)是：在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)上，從源端機(jī)到目的端機(jī)提供可靠的、價(jià)格合理的數(shù)據(jù)傳輸，使高層服務(wù)用戶(hù)在相互通信時(shí)不必關(guān)心通信子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。其主要功能是：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序之間的通信，主要有連接端口管理、流量控制、錯(cuò)誤處理、數(shù)據(jù)重發(fā)等工作第5頁(yè)，共33頁(yè)。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層AP1AP2AP3AP4網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層IP傳輸提供應(yīng)用進(jìn)程間邏輯通信端口應(yīng)用進(jìn)程傳輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信 主機(jī) A主機(jī) B路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4LAN1IP 協(xié)議的作用范圍運(yùn)輸層

3、協(xié)議 TCP 和 UDP 的作用范圍第6頁(yè)，共33頁(yè)。由上圖可以看出數(shù)據(jù)在兩臺(tái)主機(jī)間傳送的整個(gè)過(guò)程:在物理層上可以透明地傳輸數(shù)據(jù)的比特流；在數(shù)據(jù)鏈路層上使得各條鏈路能傳送無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀按順序、無(wú)丟失、不重復(fù)）；在網(wǎng)絡(luò)層上提供了路由選擇和網(wǎng)絡(luò)互連的功能，使得主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)分組(packet)能夠按照合理的路由到達(dá)主機(jī)B。但是在這一過(guò)程中，到達(dá)主機(jī)B的數(shù)據(jù)并不一定是最可靠的。為了提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量，在傳輸層需要再次優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并向高層用戶(hù)屏蔽通信子網(wǎng)的細(xì)節(jié)，使高層用戶(hù)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、可靠的、全雙工的通信通路一樣。 第7頁(yè)，共33頁(yè)。在整個(gè)通信的過(guò)程中，數(shù)

4、據(jù)在傳輸層上，才是第一次實(shí)現(xiàn)真正意義的端到端的數(shù)據(jù)通信。要想實(shí)現(xiàn)傳輸層的功能，必須在主機(jī)中裝有傳輸層協(xié)議。在傳輸層中完成傳輸功能的硬件和軟件被稱(chēng)為傳輸實(shí)體TSAP（Transport Service Access Point），通過(guò)傳輸實(shí)體，傳輸層可以向應(yīng)用層提供傳輸服務(wù)第8頁(yè)，共33頁(yè)。運(yùn)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)第9頁(yè)，共33頁(yè)。TCP/IP 體系中的運(yùn)輸層協(xié)議 TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口運(yùn)輸層第10頁(yè)，共33頁(yè)。TCP/IP協(xié)議中的傳輸層 在

5、TCP/IP協(xié)議中有兩個(gè)并列的協(xié)議：UDP和TCP。UDP（User Datagram Protocol，用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是面向無(wú)連接的，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要建立連接，而目的主機(jī)收到數(shù)據(jù)報(bào)后也不需要發(fā)回確認(rèn)。這種協(xié)議提供了一種高效的傳輸服務(wù)。TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是面向連接的，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前需要先建立連接，而且目的主機(jī)收到數(shù)據(jù)報(bào)后要發(fā)回確認(rèn)信息。這種協(xié)議提供了一種可靠的傳輸服務(wù)。第11頁(yè)，共33頁(yè)。TCP 與 UDP UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對(duì)方的運(yùn)輸層在收到 UDP 報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)。雖然 UD

6、P 不提供可靠交付，但在某些情況下 UDP 是一種最有效的工作方式。TCP 則提供面向連接的服務(wù)。TCP 不提供廣播或多播服務(wù)。由于 TCP 要提供可靠的、面向連接的運(yùn)輸服務(wù)，因此不可避免地增加了許多的開(kāi)銷(xiāo)。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的處理機(jī)資源。 第12頁(yè)，共33頁(yè)。還要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn) 運(yùn)輸層的 UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)與網(wǎng)際層的IP數(shù)據(jù)報(bào)有很大區(qū)別。IP 數(shù)據(jù)報(bào)要經(jīng)過(guò)互連網(wǎng)中許多路由器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，但 UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)是在運(yùn)輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。TCP 報(bào)文段是在運(yùn)輸層抽象的端到端邏輯信道中傳送，這種信道是可靠的全雙工信道。但這樣的信道卻不知道究竟經(jīng)過(guò)了哪些路由器，

7、而這些路由器也根本不知道上面的運(yùn)輸層是否建立了 TCP 連接。 第13頁(yè)，共33頁(yè)。傳輸層使用的 port(端口 ) & socket(套接字)TCP/IP傳輸層可以通過(guò)協(xié)議端口（protocol port，簡(jiǎn)稱(chēng)端口）來(lái)標(biāo)識(shí)通信的應(yīng)用進(jìn)程。 例如： HTTP 80 DHCP 67、68傳輸層就是通過(guò)端口與應(yīng)用層的應(yīng)用程序進(jìn)行信息交互的，應(yīng)用層各種用戶(hù)進(jìn)程通過(guò)相應(yīng)的端口與傳輸層實(shí)體進(jìn)行信息交互。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，應(yīng)用層中的各種不同的服務(wù)器進(jìn)程不斷地檢測(cè)分配給它們的端口，以便發(fā)現(xiàn)是否有某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程要與它通信。第14頁(yè)，共33頁(yè)。傳輸層使用的 port(端口 ) & socket(套接字)端口實(shí)際上

8、是一個(gè)16Bit長(zhǎng)的地址，范圍可以從0至65535 將0至1023端口號(hào)稱(chēng)為熟知端口號(hào)（Well-Known Port）其余1024至49951端口號(hào)稱(chēng)為登記端口號(hào)，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)。49152至65535端口號(hào)稱(chēng)為客戶(hù)端口號(hào)，留給客戶(hù)進(jìn)程選擇暫時(shí)使用。當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程收到客戶(hù)進(jìn)程的報(bào)文時(shí)，就知道了客戶(hù)進(jìn)程所使用的動(dòng)態(tài)端口號(hào)。第15頁(yè)，共33頁(yè)。第16頁(yè)，共33頁(yè)。協(xié)議端口號(hào)關(guān)鍵字描述UDP42NAMESERVER主機(jī)名字服務(wù)器UDP53DOMAIN域名服務(wù)器UDP67BOOTP Client客戶(hù)端啟動(dòng)協(xié)議服務(wù)UDP68BOO

9、TP Server服務(wù)器端啟動(dòng)協(xié)議服務(wù)UDP69TFTP簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議UDP111RPC遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用TCP20FTP Data文件傳輸服務(wù)器（數(shù)據(jù)連接）TCP21FTP Control文件傳輸服務(wù)器（控制連接）TCP23Telnet遠(yuǎn)程終端服務(wù)器TCP25SMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議TCP80HTTP超文本傳輸協(xié)議第17頁(yè)，共33頁(yè)。 套接字 socket = (IP地址: 端口號(hào)) 套接字 (socket)為了使得多主機(jī)多進(jìn)程通信時(shí)，不至于發(fā)生混亂情況，必須把端口號(hào)和主機(jī)的IP地址結(jié)合起來(lái)使用，稱(chēng)為插口或套接字（Scoket）。插口包括IP地址（32位）和端口號(hào)（16位） ，共48位。第18頁(yè)

10、，共33頁(yè)。 TCP 連接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2)每一條 TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定。TCP 連接（端到端）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。而是一對(duì)套接字(socket)或插口。UDP協(xié)議，雖然在進(jìn)行通信的進(jìn)程間不需要建立連接，但是在每次傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，都要給出發(fā)送端口和接收端口，因此同樣也要使用插口。 第19頁(yè)，共33頁(yè)。運(yùn)輸層的復(fù)用與分用復(fù)用是指在發(fā)送方不同的應(yīng)用進(jìn)程都可以使用同一個(gè)運(yùn)輸層協(xié)議傳送數(shù)據(jù)（當(dāng)然需要加上適當(dāng)?shù)氖撞浚欢钟檬侵附邮辗?/p>

11、的運(yùn)輸層在剝?nèi)?bào)文的首部后能夠把這些數(shù)據(jù)正確交付到目的應(yīng)用進(jìn)程。要能正確地將數(shù)據(jù)交付給指定應(yīng)用進(jìn)程，就必須給每個(gè)應(yīng)用進(jìn)程賦予一個(gè)明確的標(biāo)志。在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，使用一種與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)的協(xié)議端口號(hào)(protocol port number)（簡(jiǎn)稱(chēng)端口號(hào)）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信的應(yīng)用進(jìn)程的標(biāo)志。第20頁(yè)，共33頁(yè)。端口在進(jìn)程之間的通信中所起的作用 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層TCP 報(bào)文段UDP用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)程TCP 復(fù)用IP 復(fù)用UDP 復(fù)用TCP 報(bào)文段UDP用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)程端口端口TCP 分用UDP 分用IP 分用IP 數(shù)據(jù)報(bào)IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送方接收方第21頁(yè)，共33頁(yè)。討論 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP UDP

12、 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。雖然 UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接UDP 的主機(jī)不需要維持復(fù)雜的連接狀態(tài)表。UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)只有 8 個(gè)字節(jié)的首部開(kāi)銷(xiāo)。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。這對(duì)某些實(shí)時(shí)應(yīng)用是很重要的。 第22頁(yè)，共33頁(yè)。UDP 的特點(diǎn)UDP 是無(wú)連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接（當(dāng)然發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)也沒(méi)有連接可釋放），因此減少了開(kāi)銷(xiāo)和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時(shí)延。UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時(shí)也不使用擁塞控制，因此主機(jī)不需要維持具有

13、許多參數(shù)的、復(fù)雜的連接狀態(tài)表。由于 UDP 沒(méi)有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。這對(duì)某些實(shí)時(shí)應(yīng)用是很重要的。很多的實(shí)時(shí)應(yīng)用（如 IP 電話(huà)、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等）要求源主機(jī)以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且允許在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)丟失一些數(shù)據(jù)，但卻不允許數(shù)據(jù)有太大的時(shí)延。UDP 正好適合這種要求。 第23頁(yè)，共33頁(yè)。UDP 的特點(diǎn)（續(xù)）UDP 是面向報(bào)文的。這就是說(shuō)，UDP 對(duì)應(yīng)用程序交下來(lái)的報(bào)文不再劃分為若干個(gè)分組來(lái)發(fā)送，也不把收到的若干個(gè)報(bào)文合并后再交付給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序交給 UDP 一個(gè)報(bào)文，UDP 就發(fā)送這個(gè)報(bào)文；而 UDP 收到一個(gè)報(bào)文，就把它交付給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序必須選

14、擇合適大小的報(bào)文。UDP 支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信。用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)只有 8 個(gè)字節(jié)的首部開(kāi)銷(xiāo)，比 TCP 的 20 個(gè)字節(jié)的首部要短。第24頁(yè)，共33頁(yè)。UDP 的問(wèn)題雖然某些實(shí)時(shí)應(yīng)用需要使用沒(méi)有擁塞控制的 UDP，但當(dāng)很多的源主機(jī)同時(shí)都向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送高速率的實(shí)時(shí)視頻流時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就有可能發(fā)生擁塞，結(jié)果大家都無(wú)法正常接收。還有一些使用 UDP 的實(shí)時(shí)應(yīng)用需要對(duì)UDP 的不可靠的傳輸進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以減少數(shù)據(jù)的丟失。第25頁(yè)，共33頁(yè)。UDP 的首部格式 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

15、在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)第26頁(yè)，共33頁(yè)。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(hù)數(shù)據(jù)報(bào)用戶(hù)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)。 第27頁(yè)，共33頁(yè)。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(hù)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(hù)數(shù)據(jù)報(bào)連接在一起。

16、偽首部?jī)H僅是為了計(jì)算檢驗(yàn)和。第28頁(yè)，共33頁(yè)。討論 傳輸控制協(xié)議 TCP TCP 是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議。每一條 TCP 連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)(endpoint)，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。 第29頁(yè)，共33頁(yè)。TCP 面向流的概念端口發(fā)送 TCP 報(bào)文段TCPTCP接收緩存發(fā)送緩存報(bào)文段報(bào)文段報(bào)文段端口發(fā)送方接收方向發(fā)送緩存寫(xiě)入數(shù)據(jù)塊從接收緩存讀取數(shù)據(jù)塊應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程第30頁(yè)，共33頁(yè)。應(yīng)當(dāng)注意TCP 連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。TCP 對(duì)應(yīng)用進(jìn)程一次把多長(zhǎng)的報(bào)文發(fā)送到TCP 的緩存中是不關(guān)心的。TCP 根據(jù)對(duì)方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來(lái)決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)（UDP 發(fā)送的報(bào)文長(zhǎng)度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。TCP 可把太長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊劃分短一些再傳送。TCP 也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報(bào)文段發(fā)送出去。 第31頁(yè)，共33頁(yè)。TCP 連接的任何一方都能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)通信是全雙工方式。發(fā)送方的應(yīng)用進(jìn)程按照自己產(chǎn)生數(shù)據(jù)的