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(yùn)行在不同主機(jī)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(jī)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(shí)際上，它們可能是在一個(gè)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(tuán).1描述了邏輯通信的概念。如圖1所示，傳輸層協(xié)議實(shí)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(gè)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(gè)塊加上一個(gè)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(gè)4PDU又被封裝到一個(gè)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(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序制定多個(gè)傳輸層協(xié)議。例如，因特網(wǎng)(Internet)有兩個(gè)協(xié)議TCP和UDP。每一個(gè)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(jī)上運(yùn)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(jī)提供邏輯通信。這個(gè)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(gè)區(qū)別。設(shè)想一下有兩所房子，一個(gè)位于東海岸而另一個(gè)位于西海岸，每所房子里都住著12個(gè)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(gè)孩子每周都給每一個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)每個(gè)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(gè)例子是傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層之間的關(guān)系的一個(gè)形象比喻:主機(jī)(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(gè)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(gè)郵遞中心的郵件分類工作以及將郵件從一個(gè)中心送到另一個(gè)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(gè)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(shí)上，正如圖1中所說的，中間路由器對(duì)于傳輸層加在應(yīng)用程序消息上的信息不能做任何識(shí)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(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以接受不同的傳輸層協(xié)議一樣，每一個(gè)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(shí)限(如3天)，那么Ann和Bill也就不能保證各個(gè)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(jī)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(shí)，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(gè)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(huì)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(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，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(gè)名字ID，也就是iNTERNET Protocol。IP提供了主機(jī)之間的邏輯通信。IP服務(wù)模型是一個(gè)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(jī)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?；谶@些原因，IP被稱為不可靠服務(wù)。每一個(gè)主機(jī)都要有一個(gè)IP地址。在對(duì)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(gè)終端系統(tǒng)之間的傳送服務(wù)擴(kuò)展為終端系統(tǒng)上運(yùn)行的兩個(gè)進(jìn)程之間的傳送服務(wù)。主機(jī)主機(jī)的傳送到進(jìn)程進(jìn)程傳送的擴(kuò)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(cuò)字段來提供完整性檢測。這兩個(gè)最小的傳輸層服務(wù)進(jìn)程進(jìn)程數(shù)據(jù)傳送和錯(cuò)誤檢測是UDP所提供的惟一的兩個(gè)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(gè)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(hào)、確認(rèn)和計(jì)時(shí)器(我們會(huì)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(jī)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(gè)因特網(wǎng)的服務(wù)，為了公共利益