計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件- 運(yùn)輸層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

第7章運(yùn)輸層

課件制作人：謝希仁

B第7章運(yùn)輸層

*7.1運(yùn)輸層協(xié)議概述

*7.2TCP/IP體系中的運(yùn)輸層

7.2.1運(yùn)輸層中的兩個(gè)協(xié)議

7.2.2端口的概念

*7.3用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP

7.3.1UDP概述

7.3.2UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的首部格式

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第7章運(yùn)輸層（續(xù)）

7.4傳輸控制協(xié)議TCP

*7.4.1TCP概述

*7.4.2TCP報(bào)文段的首部

*7.4.3TCP的數(shù)據(jù)編號(hào)與確認(rèn)

*7.4.4TCP的流量控制與擁塞控制

*7.4.5TCP的重傳機(jī)制

7.4.6采用隨機(jī)早期丟棄RED進(jìn)行擁塞控制

*7.4.7TCP的運(yùn)輸連接管理

7.4.8TCP的有限狀態(tài)機(jī)課件制作人：謝希仁

7.1運(yùn)輸層協(xié)議概述

■從通信和信息處理的角度看，運(yùn)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。

面向信息處理

面向通信

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運(yùn)輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了

邏輯通信

應(yīng)用進(jìn)程之間的通信

■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。

■運(yùn)輸層的一個(gè)很重要的功能就是復(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

到運(yùn)輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)。

■“運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信”?！斑?/p>

輯通信”的意思是：運(yùn)輸層之間的通信好像是

沿水平方向傳送數(shù)據(jù)。但事實(shí)上這兩個(gè)運(yùn)輸層

之間并沒(méi)有一條水平方向的物理連接。

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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

Y-----------（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）----------"

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運(yùn)輸層的主要功能

■運(yùn)輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信

（但網(wǎng)絡(luò)層是為主機(jī)之間提供邏輯通信）。

■運(yùn)輸層還要對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。

■運(yùn)輸層需要有兩種不同的運(yùn)輸協(xié)議，即面向連

接的TCP和無(wú)連接的UDPo

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運(yùn)輸層與其上下層之間的關(guān)系

的OSI表示法

主機(jī)A主機(jī)B

運(yùn)輸服務(wù)用戶運(yùn)輸服務(wù)用戶

應(yīng)用層

（應(yīng)用層實(shí)體）（應(yīng)用，層實(shí)體）

運(yùn)輸層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)"1層接口

TSAP

運(yùn)輸實(shí)體--運(yùn)輸協(xié)議--A運(yùn)輸實(shí)體運(yùn)輸層

層接口

網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)一網(wǎng)絡(luò)層

NSAP（或網(wǎng)際層）

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運(yùn)輸層向上提供可靠的和不可靠

的邏輯通信信道

接

接

發(fā)

發(fā)

應(yīng)B

收

收

送

送

用-

進(jìn)

進(jìn)

進(jìn)

進(jìn)

層

一

-A

程

程

程

程

數(shù)

數(shù)

數(shù)

據(jù)

據(jù)

據(jù)

運(yùn)

輸全雙工可靠信道

層

使用TCP協(xié)議使用UDP協(xié)議

7.2TCP/IP體系中的運(yùn)輸層

7.2.1運(yùn)輸層中的兩個(gè)協(xié)議

TCP/IP的運(yùn)輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：

(1)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP

(UserDatagramProtocol)

(2)傳輸控制協(xié)議TCP

(TransmissionControlProtocol)

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TCP與UDP

-兩個(gè)對(duì)等運(yùn)輸實(shí)體在通信時(shí)傳送的數(shù)據(jù)單位叫作

運(yùn)輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDU(TransportProtocol

DataUnit)o

-TCP傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是TCP報(bào)文段

(segment)

■UDP傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是UDP報(bào)文或用戶數(shù)

據(jù)報(bào)。

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TCP/IP體系中的運(yùn)輸層協(xié)議

應(yīng)用層

運(yùn)輸層UDPTCP

IP

與各種網(wǎng)絡(luò)接口

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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UDP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。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。

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還要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)

■運(yùn)輸層的UDP用戶數(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，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。

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7.2.2端口的概念

口需口就是運(yùn)輸層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)TSAPo

-端口的作用就是讓?xiě)?yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程都能將

其數(shù)據(jù)通過(guò)端口向下交付給運(yùn)輸層，以及讓運(yùn)輸

層知道應(yīng)當(dāng)將其報(bào)文段中的數(shù)據(jù)向上通過(guò)端口交

付給應(yīng)用層相應(yīng)的進(jìn)程。

■從這個(gè)意義上講，端口是用來(lái)標(biāo)志應(yīng)用層的進(jìn)程。

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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

,端口

■端口用—16bit端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)志。

■端口號(hào)只具有本地意義，即端口號(hào)只是為

了標(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)是沒(méi)有聯(lián)

系的。

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兩類端口

■一類是熟知端口，其數(shù)值一般為07023。當(dāng)

一種新的應(yīng)用程序出現(xiàn)時(shí)，必須為它指派一個(gè)

熟知端口。

■另一類則是一般端口，用來(lái)隨時(shí)分配給請(qǐng)求通

信的客戶進(jìn)程。

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,插口(socket)

■TCP使用“連接”(而不僅僅是“端口”)作為最

基本的抽象，同時(shí)將TCP連接的端點(diǎn)稱為插口

(socket),或套接字、套接口。

■插口和端口、IP地址的關(guān)系是：

IP地址端口號(hào)

插□(socket)

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同一個(gè)名詞socket

J有多種不同的意思

-JI-----------------------------

■應(yīng)用編程接口API稱為socketAPI,簡(jiǎn)稱為

socketo

■socketAPI中使用的一個(gè)函數(shù)名也叫作socket。

■調(diào)用socket函數(shù)的端點(diǎn)稱為socketo

■調(diào)用socket函數(shù)時(shí)其返回值稱為socket描述符,

可簡(jiǎn)稱為socketo

■在操作系統(tǒng)內(nèi)核中連網(wǎng)協(xié)議的Berkeley實(shí)現(xiàn)，稱

為socket實(shí)現(xiàn)。

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7?3用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP

7.3.1UDP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。

■雖然UDP用戶數(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用戶數(shù)據(jù)報(bào)只有8個(gè)字節(jié)的首部開(kāi)銷。

-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。

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端口是用報(bào)文隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)

應(yīng)TFTP客戶TFTP服務(wù)器

用

層1

入隊(duì)列出隊(duì)列入隊(duì)列

運(yùn)

輸

層

UDP端口51000UDP端口69

UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)

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7.3.2UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的

首部格式

字節(jié)44112

源IP地址目的IP地址017UDP長(zhǎng)度

字節(jié)122222

「面贏一一|源端口|目的端口|長(zhǎng)度|檢瞼和

UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)首部數(shù)據(jù)

友送在刖口

<""!首部|數(shù)

IP數(shù)據(jù)報(bào)

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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)。

字節(jié)44112

源IP地址目的IP地址017UDP長(zhǎng)度

字節(jié)122222

|源端口目的端口長(zhǎng)度檢瞼和|

UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)首部數(shù)據(jù)

發(fā)送在前_______

首部一數(shù)0據(jù)

------------------------------IP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。

字節(jié)44112

源IP地址目的IP地址017UDP長(zhǎng)度

字節(jié)12_2222

［偽首部］源端口|目的端口|長(zhǎng)度|檢驗(yàn)和

UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)首部數(shù)據(jù)

發(fā)送在前_______

首部一數(shù)寸據(jù)

-----------------------------IP數(shù)據(jù)報(bào)

計(jì)算UDP檢驗(yàn)和的例子

1001100100010011->153.19

040000100001101000—8.104

12字節(jié)

偽首部,11010101100000011->171.3

全017150000111000001011->14.11

8字節(jié)1087130000000000010001T0和17

UDP首部'15全00000000000001111—15

0000010000111111T1087

7字節(jié)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

0000000000001101—13

數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)金0

0000000000001111T1O5/

填《0000000000000000一

數(shù)

一據(jù)

0101010001000101數(shù)

據(jù)

一數(shù)

0101001101010100據(jù)

0100100101001110一數(shù)

0100011100000000一

按二進(jìn)制反碼運(yùn)算求和1001011011101011T求和得出的結(jié)果

將得出的結(jié)果求反碼0110100100010100-＞檢驗(yàn)和

7.4傳輸控制協(xié)議TCP

7.4.1TCP概述

"、2.LU

友送U而接收端

發(fā)送TCP報(bào)文段

課件制作人：謝希仁

32bit

TCP報(bào)文段TCP首部TCP數(shù)據(jù)部分

發(fā)送在前^__________

IP首部VIP數(shù)據(jù)部分v

層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。運(yùn)輸層的復(fù)用和分用功能都

要通過(guò)端口才能實(shí)現(xiàn)。

比特08162431

中的每一個(gè)字節(jié)都編上一個(gè)序號(hào)。序號(hào)字段的值則指

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)。

牛寺

比Oid63id

2I4

I

A

源端口目的端口

序2O

字

節(jié)

定

確

認(rèn)

號(hào)

固

嘉

立

首

口

數(shù)據(jù)UAPS

保留RCSY窗口

偏移GKHN

檢驗(yàn)和緊急指針

選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）填充

確認(rèn)號(hào)字段——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)。

數(shù)據(jù)偏移——占4bit,它指出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

單位不是字節(jié)而是32bit字（4字節(jié)為計(jì)算單位）。

比特o8162431

A

，

源端口目的端口

序號(hào)2o

字-Hp-

固

確認(rèn)號(hào)r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

數(shù)據(jù)11uAPRSF

考工1保留|RcSSY1窗口

偏移][GKHTNN

檢驗(yàn)和緊急指針

選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）填充

保留字段——占6bit,保留為今后使用，但目前

應(yīng)置為Oo

比特o8162431

A

，

2o

字-Hp-

固

r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

緊急比特URG——當(dāng)URG=1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)）。

比特08162431

A

，

源端口目的端口

序號(hào)2o

字-Hp-

固

確認(rèn)號(hào)r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

II保留狒〉

窗口

檢驗(yàn)和緊急指針

選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）填充

確認(rèn)比特ACK——只有當(dāng)ACK=1時(shí)確認(rèn)號(hào)字

段才有效。當(dāng)ACK=O時(shí)，確認(rèn)號(hào)無(wú)效。

A

，

2o

字

節(jié)

固

定

首

部

_

_

_

_

Y

推送比特PSH(PuSH)——接收TCP收到推送比特

置1的報(bào)文段，就盡快地交付給接收應(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。

比特08162431

A

，

2o

字-Hp-

固

r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

復(fù)位比特RST(ReSeT)——當(dāng)RST=1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。

比特08162431

A

2O

字

節(jié)

定

固

立

CP首

TC部

首

口

同步比特SYN——同步比特SYN置為1,就表示

這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。

比特o8162431

A

，

源端口目的端口

序號(hào)2o

字-Hp-

固

確認(rèn)號(hào)r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

_________________________________________j____________________________________________口_______________________

饕登保留RCSS弗］窗口

偏移?木田GKHTI|N|口

檢驗(yàn)和緊急指針

選項(xiàng)(長(zhǎng)度可變)填充

終止比特FIN(FINal)——用來(lái)釋放一個(gè)連接。當(dāng)

FIN=1時(shí)，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。

牛

寺

比Oid63id

24

II

A

2O

字

節(jié)

定

固

立

CP首

TC部

首

口

數(shù)

據(jù)UAPRSF

窗

保

留

RCSSYI口

偏

移GKHTNN

檢驗(yàn)和緊急指針

選項(xiàng)（長(zhǎng)度可變）填充

窗口字段一一占2字節(jié)。窗口字段用來(lái)控制對(duì)方發(fā)送

的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。TCP連接的一端根據(jù)設(shè)置的緩

存空間大小確定自己的接收窗口大小，然后通知對(duì)方以

確定對(duì)方的發(fā)送窗口的上限。

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。

緊急指針字段——占16bito緊急指針指出在本報(bào)

文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。

MSS是TCP報(bào)文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長(zhǎng)度。

數(shù)據(jù)字段加上TCP首部

才等于整個(gè)的TCP報(bào)文段。

選項(xiàng)(長(zhǎng)度可變)填充

選項(xiàng)字段——長(zhǎng)度可變。TCP只規(guī)定了一種選項(xiàng)，

即最大報(bào)文段長(zhǎng)度MSS(MaximumSegmentSize)。

MSS告訴對(duì)方TCP：“我的緩存所能接收的報(bào)文段

的數(shù)據(jù)字段的最大長(zhǎng)度是MSS個(gè)字節(jié)?！?/p>

牛

寺

比oid63id

24

II

±LUJ.LU

源