计算机网络课件- 运输层

计算机网络

第7章运输层

课件制作人：谢希仁

B第7章运输层

*7.1运输层协议概述

*7.2TCP/IP体系中的运输层

7.2.1运输层中的两个协议

7.2.2端口的概念

*7.3用户数据报协议UDP

7.3.1UDP概述

7.3.2UDP用户数据报的首部格式

课件制作人：谢希仁

第7章运输层（续）

7.4传输控制协议TCP

*7.4.1TCP概述

*7.4.2TCP报文段的首部

*7.4.3TCP的数据编号与确认

*7.4.4TCP的流量控制与拥塞控制

*7.4.5TCP的重传机制

7.4.6采用随机早期丢弃RED进行拥塞控制

*7.4.7TCP的运输连接管理

7.4.8TCP的有限状态机课件制作人：谢希仁

7.1运输层协议概述

■从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面

的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分

的最高层，同时也是用户功能中的最低层。

面向信息处理

面向通信

课件制作人：谢希仁

运输层为相互通信的应用进程提供了

逻辑通信

应用进程之间的通信

■两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应

用进程互相通信。

■应用进程之间的通信又称为端到端的通信。

■运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。

应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交

到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。

■“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻

辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是

沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层

之间并没有一条水平方向的物理连接。

课件制作人：谢希仁

运输层协议和网络层协议

的主要区别

应用进程应用进程

IP协议的作用范围

（提供主机之间的逻辑通信）

TCP和UDP协议的作用范围

Y-----------（提供进程之间的逻辑通信）----------"

课件制作人：谢希仁

运输层的主要功能

■运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信

（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。

■运输层还要对收到的报文进行差错检测。

■运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连

接的TCP和无连接的UDPo

课件制作人：谢希仁

运输层与其上下层之间的关系

的OSI表示法

主机A主机B

运输服务用户运输服务用户

应用层

（应用层实体）（应用，层实体）

运输层服务访问点"1层接口

TSAP

运输实体--运输协议--A运输实体运输层

层接口

网络层服务访问点一网络层

NSAP（或网际层）

课件制作人：谢希仁

运输层向上提供可靠的和不可靠

的逻辑通信信道

接

接

发

发

应B

收

收

送

送

用-

进

进

进

进

层

一

-A

程

程

程

程

数

数

数

据

据

据

运

输全双工可靠信道

层

使用TCP协议使用UDP协议

7.2TCP/IP体系中的运输层

7.2.1运输层中的两个协议

TCP/IP的运输层有两个不同的协议：

(1)用户数据报协议UDP

(UserDatagramProtocol)

(2)传输控制协议TCP

(TransmissionControlProtocol)

课件制作人：谢希仁

TCP与UDP

-两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作

运输协议数据单元TPDU(TransportProtocol

DataUnit)o

-TCP传送的数据单位协议是TCP报文段

(segment)

■UDP传送的数据单位协议是UDP报文或用户数

据报。

课件制作人：谢希仁

TCP/IP体系中的运输层协议

应用层

运输层UDPTCP

IP

与各种网络接口

课件制作人：谢希仁

TCP与UDP

-UDP在传送数据之前不需要先建立连接。对

方的运输层在收到UDP报文后，不需要给出

任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在

某些情况下UDP是一种最有效的工作方式。

■TCP则提供面向连接的服务。TCP不提供广

播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面

向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许

多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大

很多，还要占用许多的处理机资源。

课件制作人：谢希仁

还要强调两点

■运输层的UDP用户数据报与网际层的IP数据报

有很大区别。IP数据报要经过互连网中许多路

由器的存储转发，但UDP用户数据报是在运输

层的端到端抽象的逻辑信道中传送的。

■TCP报文段是在运输层抽象的端到端逻辑信道

中传送，这种信道是可靠的全双工信道。但这

样的信道却不知道究竟经过了哪些路由器，而

这些路由器也根本不知道上面的运输层是否建

立了TCP连接。

课件制作人：谢希仁

7.2.2端口的概念

口需口就是运输层服务访问点TSAPo

-端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将

其数据通过端口向下交付给运输层，以及让运输

层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交

付给应用层相应的进程。

■从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。

课件制作人：谢希仁

端口在进程之间的通信中所起的作用

应

用

层

运

输

层

网

络

层

,端口

■端口用—16bit端口号进行标志。

■端口号只具有本地意义，即端口号只是为

了标志本计算机应用层中的各进程。在因

特网中不同计算机的相同端口号是没有联

系的。

课件制作人：谢希仁

两类端口

■一类是熟知端口，其数值一般为07023。当

一种新的应用程序出现时，必须为它指派一个

熟知端口。

■另一类则是一般端口，用来随时分配给请求通

信的客户进程。

课件制作人：谢希仁

,插口(socket)

■TCP使用“连接”(而不仅仅是“端口”)作为最

基本的抽象，同时将TCP连接的端点称为插口

(socket),或套接字、套接口。

■插口和端口、IP地址的关系是：

IP地址端口号

插□(socket)

课件制作人：谢希仁

同一个名词socket

J有多种不同的意思

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

■应用编程接口API称为socketAPI,简称为

socketo

■socketAPI中使用的一个函数名也叫作socket。

■调用socket函数的端点称为socketo

■调用socket函数时其返回值称为socket描述符,

可简称为socketo

■在操作系统内核中连网协议的Berkeley实现，称

为socket实现。

课件制作人：谢希仁

7・3用户数据报协议UDP

7.3.1UDP概述

■UDP只在IP的数据报服务之上增加了很少一

点的功能，即端口的功能和差错检测的功能。

■虽然UDP用户数据报只能提供不可靠的交付,

但UDP在某些方面有其特殊的优点。

-发送数据之前不需要建立连接

-UDP的主机不需要维持复杂的连接状态表。

-UDP用户数据报只有8个字节的首部开销。

-网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这

对某些实时应用是很重要的。

课件制作人：谢希仁

端口是用报文队列来实现

应TFTP客户TFTP服务器

用

层1

入队列出队列入队列

运

输

层

UDP端口51000UDP端口69

UDP用户数据报

课件制作人：谢希仁

7.3.2UDP用户数据报的

首部格式

字节44112

源IP地址目的IP地址017UDP长度

字节122222

「面赢一一|源端口|目的端口|长度|检睑和

UDP用户数据报首部数据

友送在刖口

<""!首部|数

IP数据报

课件制作人：谢希仁

用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部

字段。首部字段有8个字节，由4个字段组成,

每个字段都是两个字节。

字节44112

源IP地址目的IP地址017UDP长度

字节122222

|源端口目的端口长度检睑和|

UDP用户数据报首部数据

发送在前_______

首部一数0据

------------------------------IP数据报

在计算检验和时，临时把“伪首部”和UDP用户数据

报连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。

字节44112

源IP地址目的IP地址017UDP长度

字节12_2222

［伪首部］源端口|目的端口|长度|检验和

UDP用户数据报首部数据

发送在前_______

首部一数寸据

-----------------------------IP数据报

计算UDP检验和的例子

1001100100010011->153.19

040000100001101000—8.104

12字节

伪首部,11010101100000011->171.3

全017150000111000001011->14.11

8字节1087130000000000010001T0和17

UDP首部'15全00000000000001111—15

0000010000111111T1087

7字节数据数据数据数据

0000000000001101—13

数据数据数据数据金0

0000000000001111T1O5/

填《0000000000000000一

数

一据

0101010001000101数

据

一数

0101001101010100据

0100100101001110一数

0100011100000000一

按二进制反码运算求和1001011011101011T求和得出的结果

将得出的结果求反码0110100100010100-＞检验和

7.4传输控制协议TCP

7.4.1TCP概述

"、2.LU

友送U而接收端

发送TCP报文段

课件制作人：谢希仁

32bit

TCP报文段TCP首部TCP数据部分

发送在前^__________

IP首部VIP数据部分v

层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都

要通过端口才能实现。

比特08162431

中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指

的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

牛寺

比Oid63id

2I4

I

A

源端口目的端口

序2O

字

节

定

确

认

号

固

嘉

立

首

口

数据UAPS

保留RCSY窗口

偏移GKHN

检验和紧急指针

选项（长度可变）填充

确认号字段——占4字节，是期望收到对方的下一个

报文段的数据的第一个字节的序号。

数据偏移——占4bit,它指出TCP报文段的数据起始

处距离TCP报文段的起始处有多远。“数据偏移”的

单位不是字节而是32bit字（4字节为计算单位）。

比特o8162431

A

，

源端口目的端口

序号2o

字-Hp-

固

确认号r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

数据11uAPRSF

考工1保留|RcSSY1窗口

偏移][GKHTNN

检验和紧急指针

选项（长度可变）填充

保留字段——占6bit,保留为今后使用，但目前

应置为Oo

比特o8162431

A

，

2o

字-Hp-

固

r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

紧急比特URG——当URG=1时，表明紧急指

针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据,

应尽快传送（相当于高优先级的数据）。

比特08162431

A

，

源端口目的端口

序号2o

字-Hp-

固

确认号r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

II保留狒〉

窗口

检验和紧急指针

选项（长度可变）填充

确认比特ACK——只有当ACK=1时确认号字

段才有效。当ACK=O时，确认号无效。

A

，

2o

字

节

固

定

首

部

_

_

_

_

Y

推送比特PSH(PuSH)——接收TCP收到推送比特

置1的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而不

再等到整个缓存都填满了后再向上交付。

比特08162431

A

，

2o

字-Hp-

固

r-*-l

CP首

TC部

首

ZE立

口

复位比特RST(ReSeT)——当RST=1时，表明TCP

连接中出现严重差错(如由于主机崩溃或其他原因)，

必须释放连接，然后再重新建立运输连接。

比特08162431

A

2O

字

节

定

固

立

CP首

TC部

首

口

同步比特SYN——同步比特SYN置为1,就表示

这是一个连接请求或连接接受报文。

比特o8162431

A

，

源端口目的端口

序号2o

字-Hp-

固

确认号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

检验和紧急指针

选项(长度可变)填充

终止比特FIN(FINal)——用来释放一个连接。当

FIN=1时，表明此报文段的发送端的数据已发送完

毕，并要求释放运输连接。

牛

寺

比Oid63id

24

II

A

2O

字

节

定

固

立

CP首

TC部

首

口

数

据UAPRSF

窗

保

留

RCSSYI口

偏

移GKHTNN

检验和紧急指针

选项（长度可变）填充

窗口字段一一占2字节。窗口字段用来控制对方发送

的数据量，单位为字节。TCP连接的一端根据设置的缓

存空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方以

确定对方的发送窗口的上限。

检验和----占2字节。检验和字段检验的范围包括

首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在TCP

报文段的前面加上12字节的伪首部。

紧急指针字段——占16bito紧急指针指出在本报

文段中的紧急数据的最后一个字节的序号。

MSS是TCP报文段中的数据字段的最大长度。

数据字段加上TCP首部

才等于整个的TCP报文段。

选项(长度可变)填充

选项字段——长度可变。TCP只规定了一种选项，

即最大报文段长度MSS(MaximumSegmentSize)。

MSS告诉对方TCP：“我的缓存所能接收的报文段

的数据字段的最大长度是MSS个字节。”

牛

寺

比oid63id

24

II

±LUJ.LU

源