傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用第6章

高等院校計算機專業(yè)精選教材.網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)第一篇：網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)篇

第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用尚曉航編著清華大學(xué)出版社本章內(nèi)容與要求了解：運輸層的功能與基本知識理解：分布式進程通信的基本概念理解：分布式進程通信的多路復(fù)用與多路分解掌握：運輸層兩個主要協(xié)議的作用與基本概念2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.1 運輸層的基本概念2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.1 運輸層的基本概念基本概念:提供的是分布式進程間的邏輯通信；協(xié)議時運行在端系統(tǒng)中；協(xié)議有TCP、UDP1.運輸層的作用運輸層是OSI面向用戶的高層與面向通信的低層之間的接口層。主要目的就是為網(wǎng)絡(luò)用戶的分布式應(yīng)用進程，提供可靠或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸。OSI七層模型整體構(gòu)成傳輸層是承上啟下的層：它下面的三層主要面向網(wǎng)絡(luò)通信，以確保信息被準確有效地傳輸；它上面的三個層次則面向用戶主機，為用戶提供各種服務(wù)。6.1 運輸層的基本概念2.服務(wù)范圍由圖6-1可知：網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的作用是遠程主機之間的通信；運輸層及應(yīng)用層協(xié)議的作用是遠程主機間各種進程之間的通信。相鄰結(jié)點之間(DL層)IP端口主機之間進程之間從上頁圖中可看出：運輸層為進程之間提供邏輯通信網(wǎng)絡(luò)層為主機之間提供邏輯通信數(shù)據(jù)鏈路層為相鄰結(jié)點之間提供邏輯通信6.1 運輸層的基本概念6.1 運輸層的基本概念3.端系統(tǒng)在計算機網(wǎng)絡(luò)中與Internet或網(wǎng)絡(luò)相連的計算機被稱為“端系統(tǒng)”。計算機應(yīng)用進程間端到端的通信服務(wù)就是指網(wǎng)絡(luò)主機上應(yīng)用程序之間的邏輯通信。6.1 運輸層的基本概念4.運輸層具有的基本功能①尋址。②分段/重組。③多路復(fù)用和多路分解：識別出數(shù)據(jù)中的套接字，并將接收到的報文段交付給正確的應(yīng)用進程（套接字），過程叫“多路分解”。反之，從源主機應(yīng)用層的多個套接字收集不同進程的報文后，都會通過下面的網(wǎng)絡(luò)層進行傳輸；過程叫“多路復(fù)用”。④ 發(fā)送主機的復(fù)用：運輸層支持向上復(fù)用和向下復(fù)用。⑤ 運輸層連接管理。⑥ 服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳送。⑦ 差錯與流量控制。6.1 運輸層的基本概念5.數(shù)據(jù)單元① 名稱：報文段。② 格式：參見表6-1。TCP報文段的格式參見表6-2；而UDP報文段的格式參見表6-3。6.2 分布式進程通信的

基本概念2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.2 分布式進程通信的基本概念相關(guān)概念程序：是一個在時間上按照嚴格次序的前后相繼的操作序列，是一個靜態(tài)的概念。進程：是由一個執(zhí)行（運行）程序、它的當前值、狀態(tài)信息以及通過操作系統(tǒng)管理此進程執(zhí)行情況的資源組成。進程就是一段程序的執(zhí)行過程。進程是一個動態(tài)的概念。簡單而言，它是指在內(nèi)存中運行的程序。6.2 分布式進程通信的基本概念分布式進程間通信的概念同一臺計算機不同進程間的通信，由該主機的操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理；不同主機間的通信(在網(wǎng)絡(luò)中)，實際指的是不同主機應(yīng)用進程間的通信；1.分布式進程間的通信由于分布式進程分別在兩臺不同主機系統(tǒng)中，沒有一個統(tǒng)一的高層進行管理，因此，必須解決好以下問題：進程命名與尋址方法；多重協(xié)議的識別；進程間相互作用的模式。6.2 分布式進程通信的基本概念2.進程尋址進程地址包含兩種信息：其一，主機的名稱或IP地址；其二，接收主機上的接收進程的標識，即進程地址。（1）進程地址（端口號，portnumber）的表示①端口號：即為“進程地址”或“進程標識符”。②端口號的長度定義為16位二進制，其值可以是0~65535十進制整數(shù)。（2）端口號的分類①全局（熟知）端口號：其數(shù)值為0~1023。②登記端口號：其數(shù)值為1024~49151。③客戶端使用的端口號（短暫端口號）：數(shù)值為49152~65535。是留給客戶進程暫時使用的，通信結(jié)束后這個端口號可供其他客戶進程使用。6.2 分布式進程通信的基本概念3.客戶機/服務(wù)器（Client/Server，C/S）C/S的定義是：在一對通信會話中，發(fā)起通信的進程被稱為“客戶機”，而在會話開始時，等待聯(lián)系的進程就是“服務(wù)器”；例如，在圖6-1。4.進程地址與運輸層地址（1）端口號與運輸層協(xié)議的關(guān)聯(lián)應(yīng)用層協(xié)議的常用全局端口號如表6-2和表6-3所示。（2）運輸層地址——套接字（Socket）“套接字”地址是一種基于分布式網(wǎng)絡(luò)的邏輯地址。因此，這種地址應(yīng)當能夠標識出主機上的某個進程。還能夠通過該地址將數(shù)據(jù)傳送給上層的應(yīng)用程序。6.2 分布式進程通信的基本概念（3）套接字的定義與組成①定義：為IP地址和TCP或UDP端口的組合，是應(yīng)用子程序連接的標識。②組成：套接字由IP地址（32位）和端口號（16位），總共48位二進制組成。6.2 分布式進程通信的基本概念（4）分布式進程通信的條件-涉及3個問題：①進程的命名與標識：完整標識分布式進程的條件如下：本地主機IP地址&本地進程標識遠程主機IP地址&遠程進程標識6.2 分布式進程通信的基本概念②多重協(xié)議的識別：在某個主機上標識進程時，地址的要素有三個,即“三元組”：協(xié)議本地地址本地端口號在網(wǎng)絡(luò)中，完整的進程通信標識則需要以下的5個基本元素，即“五元組”:協(xié)議本地IP地址本地端口號遠地IP地址遠地端口號6.2 分布式進程通信的基本概念③應(yīng)用：有了5元組（編程套接字）的信息，網(wǎng)絡(luò)分布式進程間的通信才能實現(xiàn)。例如：TCP/UDP+IP+PORT←→TCP/UDP+IP+PORT

源主機

目的主機其中，TCP/UDP+IP+PORT：分別表示了“服務(wù)協(xié)議＋主機＋應(yīng)用程序”。補充：各類地址比較請歸納整理本期所學(xué)各類地址，并列表比較之。參考答案6.3 多路復(fù)用與多路分解2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.3 多路復(fù)用與多路分解何為運輸層的“多路復(fù)用（multiplexing）”與“多路分解（demultiplexing）”[示例]：如圖6-2所示，主機2的用戶正在上網(wǎng)，其瀏覽器進程為P1；此外，該計算機上正在運行的還有另一個ftp進程P2。[問題]：主機2如何將當前收到的運輸層的報文段定向到相應(yīng)的目標進程？[分析]：每個報文數(shù)據(jù)都含有目的進程的套接字信息。如，主機1發(fā)給主機2的P3報文中的套接字可以唯一的標識目的進程；其中的目的主機的IP地址，將數(shù)據(jù)先定向到主機2；而該套接字中的端口號則定向到目的進程P1而不是P2。6.3 多路復(fù)用與多路分解1.多路分解將運輸層的報文段中的數(shù)據(jù)交付到正確的套接字的工作稱為“多路分解”如圖6-2所示。2.多路復(fù)用從源主機的不同套接字中收集數(shù)據(jù)塊，并為每個數(shù)據(jù)塊封裝上首部的信息（參見表6-4和表6-5），進而生成報文段，并將報文段傳遞到網(wǎng)絡(luò)層的工作被稱為“多路復(fù)用”如圖6-2所示。6.3 多路復(fù)用與多路分解6.4 運輸層協(xié)議1/19/2023第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.4 運輸層協(xié)議如圖6-3所示，在TCP/IP參考模型的運輸層中有兩個實用協(xié)議，它們都是建立在網(wǎng)路層IP協(xié)議基礎(chǔ)上的。運輸層協(xié)議：1.TCP傳輸控制協(xié)議TCP（TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）是TCP/IP最具代表性的協(xié)議。TCP是面向連接的、高可靠性的、提供流量與擁塞控制的運輸層協(xié)議。6.4 運輸層協(xié)議（1）TCP的功能與服務(wù)①功能：TCP能夠保證計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間信息的可靠傳輸。具體：創(chuàng)建進程與進程間的通信；通過滑動窗口技術(shù)實現(xiàn)流量與擁塞控制；通過確認分組、超時和重傳機制來進行差錯控制。連接與服務(wù)性質(zhì)：提供面向連接的、可靠的傳輸服務(wù)：任何兩個使用TCP協(xié)議進行通信的對等實體間的每一次通信，都會經(jīng)歷建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和終止連接3個階段。TCP協(xié)議正是通過這種“三次握手”機制，來建立客戶端與服務(wù)器端之間每一次可靠連接。三次握手是指客戶端與服務(wù)器之間在發(fā)送數(shù)據(jù)前的確認過程；三次握手完成后，客戶端就會開始與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。③在每一個TCP連接中，僅有兩方進行彼此通信。（1）（2）（3）6.4 運輸層協(xié)議（2）TCP報文段格式參見表6-4該報文段分為兩部分前面是報頭，后面的數(shù)據(jù)是應(yīng)用層報文。①源端口號和目的端口號：分別表示發(fā)送方和接收方的端口號。用于尋找發(fā)送端和接收端的應(yīng)用進程。②序列號：是用戶數(shù)據(jù)中第一個字節(jié)的編號，編號以字節(jié)為單位的。（3）TCP套接字是一個四元組（源IP、源端口號、目的IP、目的端口號）；它是一種可以標識分布式進程的地址。6.4 運輸層協(xié)議6.4 運輸層協(xié)議2. UDP用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP（UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）UDP是一種面向無連接的、不可靠的、沒有流量控制的運輸層層協(xié)議。6.4 運輸層協(xié)議（1）UDP的功能與服務(wù)①功能：UDP協(xié)議是一個簡單的面向數(shù)據(jù)包的運輸層協(xié)議；UDP協(xié)議主要用于傳輸小型的數(shù)據(jù)文件及短消息等的通信，。②連接與服務(wù)性質(zhì)：提供的是速度快的、不可靠的、面向非連接的傳輸服務(wù)。（2）UDP報文格式UDP報文格式參見表6-5。補充：各類地址比較1地址類型概念所在層二進制位數(shù)備注MAC地址(物理地址)MAC地址又被稱為硬件地址，它用來定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（計算機或設(shè)備）的位置。數(shù)據(jù)鏈路層48位0-23位由INIC統(tǒng)一管理24-47位是由廠家自己分配IP地址(邏輯地址)每個節(jié)點（計算機或設(shè)備）的惟一的標識符，即IP