五、传输层(1).ppt

1、刘育楠303教研室,第五章 运输层,2,主要内容,运输层协议概述 TCP/IP 体系中的运输层 端口、分用和复用 用户数据报协议 UDP 传输控制协议 TCP 可靠传输 流量控制 三次握手,3,5 4 3 2 1,运输层提供应用进程间的逻辑通信,主机 A,主机 B,应用进程,应用进程,IP 层,AP1,AP2,AP4,端口,端口,5 4 3 2 1,AP3,运输层的目的就是要实现分布式进程通信的任务,4,网络环境中分布式进程通信的基本概念 运输层基本功能,5.1 运输层概述,5,单机系统中的进程通信方法 程序是一个在时间上按照严格次序的前后相继的操作序列，是一个静态的概念。 进程是一个动态的概

2、念，它是一个程序对某个数据集的执行过程。进程具有并发的特性，是分配计算机资源的基本单位。 程序与进程的关系：并发的程序划分成若干个并发活动的进程，这些进程统一由一个调度程序控制和管理，以保证协调地完成任务。,一、网络环境中分布式进程通信基本概念,6,单机系统中的进程通信方法 对进程的管理由操作系统来完成。 要保证计算机系统的能够正常工作，操作系统必须对进程的创建、撤销与状态转换进行控制。 操作系统的核心就是要控制和协调进程的运行，解决进程之间的通信问题。 但是网络环境中的不同计算机系统之间的进程通信与单机状态下的进程通信有较大的差别。,一、网络环境中分布式进程通信基本概念,7,网络环境中分布式

3、进程通信的特点 计算机网络是分布在不同地理位置的多台独立的计算机系统的集合。 “独立的计算机系统”意味着连网的每一台计算机的操作与资源是由自己的操作系统所管理。 用户共享的网络资源及网络所能提供的服务功能最终是通过网络环境中的分布式进程通信来实现的。 网络环境中的进程通信与单机系统内部的进程通信的主要区别是网络中主机的高度自主性。,一、网络环境中分布式进程通信基本概念,8,网络环境中分布式进程通信需要解决 进程命名与寻址方法 多重协议的识别 进程间相互作用的模式,一、网络环境中分布式进程通信基本概念,9,网络环境中进程标识 在一台计算机中，不同的进程用进程号或进程标识惟一地标识出来。 网络环境

4、中完整的进程标识应该是： 本地主机地址本地进程标识； 远程主机地址远程进程标识。 进程地址也叫做端口号。,一、网络环境中分布式进程通信基本概念,10,多重协议的识别 UNIX操作系统的TCP/IP的传输层就有TCP协议和UDP协议； 网络环境中一个进程的全网惟一的标识需要一个三元组来表示：协议，本地地址，本地端口号。,一、网络环境中分布式进程通信基本概念,11,二、运输层的基本功能,运输层在体系结构中的地位 运输层端到端通信概念 端口概念 复用和分用技术,12,在通信子网中没有运输层，运输层只存在于通信子网以外的主机中。,1、运输层在层次体系结构中的地位,13,运输层在网络分层结构中起着承上启

5、下的作用，它使用了网络层提供的服务，并通过执行运输层协议，针对高层屏蔽通信子网在技术、设计上的差异和服务质量的不足，向高层提供一个标准的、完善的通信服务。,1、运输层在层次体系结构中的地位,14,运输层在体系结构中的地位 运输层端到端通信概念 端口概念 复用和分用技术,二、运输层的基本功能,15,从本质上说，由物理层、数据链路层和网络层组成的通信子网为网络环境中的相邻结点之间的点对点通信服务，而运输层是为网络环境中的主机应用层应用进程提供端到端进程通信服务。,2、运输层端到端通信概念,16,端到端信道由一段段的点对点信息构成，端到端协议建立在点对点协议上，提供应用程序进程之间的通信手段。,2、

6、运输层端到端通信概念,17,运输层能够弥补通信子网服务的不足，提高传输服务的可靠性与保证服务质量。在源主机与目的主机进程之间提供端到端数据传输。,2、运输层端到端通信概念,18,运输层在体系结构中的地位 运输层端到端通信概念 端口概念 复用和分用技术,二、运输层的基本功能,19,端口就是运输层的服务访问点（TSAP），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传输层，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。,3、端口概念,20,端口用一个16位端口号进行标志。 端口号分为三类： 熟知端口号：其

7、数值范围为1-1023，因特网指派名字和号码公司ICANN负责分配给一些常用的应用层程序（标准服务器端）固定使用。 登记端口号: 数值为1024-49151，为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这个范围的端口号必须在 IANA 登记，以防止重复。 客户端口号或短暂端口号: 数值为49152-65535，留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的动态端口号。通信结束后，这个端口号可供其他客户进程以后使用。,3、端口概念,21,TCP使用的端口号,3、端口概念,22,UTP使用的端口号,3、端口概念,23,端口号只具有本地意义，只是为了标志本计算机应用层

8、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。,需要注意的是,3、端口概念,24,例：主机使用SMTP（简单邮件传送协议）与主机C通信（ SMTP使用面向连接的TCP） A与C先建立第一个连接，端口1500端口25 A与C后建立第二个连接，端口1501端口25 同样，B与C建立第三个连接，端口1500端口25,25,为了在通信时不致发生混乱，必须将端口号与主机的IP地址结合在一起使用； 一个连接由它的两个端点来标识，这样的端点称为插口（socket），就是我们常说的“套接字”。 套接字包括IP地址（32比特）和端口号（16比特），共48比特；插口=（IP地址，端口号） 在整个因特网

9、中，在运输层通信的一对插口必须是唯一的。,3、端口概念,26,插口、端口和IP地址的关系是：,3、端口概念,27,运输层在体系结构中的地位 运输层端到端通信概念 端口概念 复用和分用技术,二、运输层的基本功能,28,主机 A,主机 B,路由器 1,路由器 2,AP1,LAN2,WAN,AP2,AP3,AP4,LAN1,4、复用和分用技术,主机A的应用进程1和主机B的应用进程3通信，而与此同时，应用进程2也和对方的应用进程4通信。,29,通过复用和分用技术，运输层可以处理多个进程的服务请求。,4、复用和分用技术,30,主机 A,主机 B,路由器 1,路由器 2,AP1,LAN2,WAN,AP2,

10、AP3,AP4,LAN1,IP 协议的作用范围,运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围,4、复用和分用技术,31,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 （提供进程之间的逻辑通信）,因 特 网,32,第一讲 运输层概述 第二讲 用户数据报协议UDP 第三讲 传输控制协议TCP,第五章 运输层,33,UDP 协议的主要特点,UDP是一种无连接的、不可靠的传输层协议。在完成进程到进程通信中，提供了有限的差错检验功能。 设计比较简单的传输层UDP协议的目的，是希望以最小的开销来实现网络环境中的进程

11、通信目的。 因此UDP协议适用于可靠性较高的局域网。另外，如果一个进程发送一个很短的报文，同时对该报文的可靠性要求不高，也可以使用UDP协议。,5.2 用户数据报协议UDP,34,应用层采用UDP协议的典型应用有：,UDP 协议的主要特点,5.2 用户数据报协议UDP,35,UDP 协议的优点,发送数据之前不需要建立连接（当然发送数据结束时也没有连接需要释放），因此减少了开销和发送数据之前的时延。 UDP不使用拥塞控制，也不保证可靠交付，因此主机不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。 UDP数据报只有8个字节的首部开销，比TCP的20字节的首部要短。 由于UDP没有拥塞控制，因此网络出现

12、拥塞不会使源主机的发送效率降低。,5.2 用户数据报协议UDP,36,UDP 的基本工作过程,进程数据,进程数据,5.2 用户数据报协议UDP,37,UDP协议发送的每一个数据报都是独立的，即使几个UDP用户数据报的源端口相同，它们的传输路径也可以是不同的。用户数据报不进行编号，每一个用户数据报的传输路径都由网络层决定。 UDP是一个不可靠的协议，缺乏流量控制和足够的差错控制能力，用户数据报可靠性问题，需要应用层协议提供相应的差错控制机制予以解决。,需要注意的两点,5.2 用户数据报协议UDP,38,5. UDP 用户数据报的首部格式,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,

13、UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,5.2 用户数据报协议UDP,39,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,IP 数据报,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,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。,40,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数

14、据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,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。,41,计算 UDP 检验和的例子,10011001 00010011 153.19 00001000 01101000 8.104 10101011 00000011 171.3 00001110 00001011 14.11 00000000 00010001 0 和 17 00000000 00001111 15 00000100 00111111 1087 00000000 0000110

15、1 13 00000000 00001111 15 00000000 00000000 0（检验和） 01010100 01000101 数据 01010011 01010100 数据 01001001 01001110 数据 01000111 00000000 数据和 0（填充） 10010110 11101101 求和得出的结果 01101001 00010010 检验和,153.19.8.104,171.3.14.11,12 字节 伪首部,8 字节 UDP 首部,7 字节 数据,按二进制反码运算求和 将得出的结果求反码,全 0 17 15 1087 13 15 全 0 数据 数据 数据

16、数据 数据 数据 数据 全 0,42,第一讲 运输层概述 第二讲 用户数据报协议UDP 第三讲 传输控制协议TCP,第五章 运输层,43,TCP 首部,20 字节的 固定首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,32 位,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP报文段格式,44,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏

17、移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输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。,45,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 2

18、4 31,填 充,序号字段占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流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。 例:一报文段的序号为301，而数据为100字节，则下一个报文段的序号就是401。,46,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,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

19、号。 例 ：A正确收到第个字节序号为501，数据长度是200字节的报文段，那么A在发送给对方的确认号值为701。,47,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,数据偏移（即首部长度）占 4 位，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”的单位是 32 位（以 4 字节为计算单位）。,48,TCP 首部,20 字节 固定

20、 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,紧急 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)。,49,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,

21、A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,确认 ACK 只有当 ACK 1 时确认号字段才有效。当 ACK 0 时，确认号无效。,50,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,推送 PSH (PuSH) 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。,51,TCP 首部,2

22、0 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,复位 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。,52,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I

23、N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,同步 SYN 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。而ACK的值用来区分是哪一种报文。,53,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,终止 FIN (FINis) 用来释放一个连接。FIN 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求

24、释放运输连接。,54,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,窗口字段 占 2 字节，用来让对方设置发送窗口的依据，单位为字节。,55,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 （长 度 可 变）,源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16