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《计算机网络技术》第五章传输层计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院目录5.1传输层功能5.2传输层服务5.3传输层寻址5.4用户数据报协议UDP5.5传输控制协议TCP5.6工程实例计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.1传输层功能传输层提供了不同主机上应用程序进程之间的端到端的逻辑通信所谓“端到端”（endtoend）通信，即发送端和接收端之间的通信ABCH1H2应用层传输层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层端到端通信点到点通信跳到跳通信计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.1传输层功能传输层的主要功能有：(1)分割与重组数据：将应用层的消息分割成若干子消息并封装为报文段。(2)按端口号寻址：标识不同的应用进程，实现多个应用进程对同一个IP地址的复用。(3)连接管理：完成端到端通信链路的建立、维护和管理。(4)差错控制和流量控制总之，传输层要向应用层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等现象。计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.2传输层服务传输层主要提供两种服务，一种是面向连接的服务，由TCP协议实现，它是一种可靠的服务；一种是无连接的服务，由UDP协议实现，是一种的不可靠服务。计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院面向连接的服务过程分为三步：（1）建立连接；（2）数据传输；（3）释放连接。ABCH1H2H1H2123123123123123123管道计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院面向连接的服务面向连接服务的特点是：（1）在服务进行之前必须建立一条逻辑链路后再进行数据传输，传输完毕后，再释放连接。在数据传输过程，好象一直占用了一条这样的逻辑链路。这条链路好比一个传输管道，发送方在一端放入数据，接收者从另一端取出数据。（2）由于所有的报文都在这个管道内传送，因此报文是按序到达目的地的，即先发送的报文先到达。（3）通过可靠传输机制保证报文传输的可靠性，报文不易丢失。（4）由于需要管理和维护连接，因此协议复杂，通信效率不高。适合于对数据的传输可靠性非常高的场合，如文件传输、网页浏览、电子邮件等计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院无连接的服务无连接的服务就是通信双方不需要事先建立一条通信线路而是把每个带有目的地址的报文分组送到网络上，由网络（如路由器）根据目的地址为分组选择一条恰当的路径传送到目的地ABCH1H21231232213计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院无连接服务无连接服务的特点是：（1）数据传输之前不需要建立连接；（2）每个分组都携带完整的目的节点地址，各分组在网络中是独立传送的；（3）分组的传递是失序的，即后发送的分组有可能先到达目的地；（4）可靠性差，容易出现报文丢失的现象，但是协议相对简单，通信效率较高。无连接的UDP是网络层“尽最大努力投递”服务在传输层的进一步扩展，无法保证报文能否正确到达目的地计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.3传输层端口端口就是应用进程的地址给应用进程分配一个传输层的地址目的是为了实现在传输层对同一个IP地址的多路复用与多路分解。H1H2H3QQIEMSNQQMSNIP:192.168.3.1192.168.1.5192.168.10.25应用层传输层网络层400030002000多路分解与多路复用分组（包含端口4000）分组（包含端口3000）分组（包含端口2000）计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.3传输层端口端口只具有本地意义，即端口号是为了标志本主机应用层中的各个进程，因此两个不同主机的应用进程可以使用相同的端口端口分为两类：熟知端口(0-1023)和一般端口常用的熟知端口有：应用程序FTPTELNETSMTPDNSTFTPHTTPPOP3SNMP熟知端口212325536980110161计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.4用户数据报协议UDPUDP概述UDP的数据报格式UDP的应用计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院UDP概述UDP协议是无连接的，即通信双方并不需要建立连接，这种通信显然是不可靠的。但是由于UDP简单，数据传输速度快、开销小。虽然UDP协议只能提供不可靠的数据传递，但是与TCP相比，UDP具有一些独特的优势：（1）无需建立连接和释放连接，因此主机无需维护连接状态表，从而减少了连接管理开销。而无需建立连接也减少了发送数据之前的时延。（2）UDP数据报只有8个字节的首部开销，比TCP的20个字节的首部要短得多。（3）由于UDP没有拥塞控制，因此UDP的传输速度很快，即使网络出现拥塞也不会降低发送速率。这对实时应用如IP电话，视频点播等是非常重要的。计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院UDP应用实例下图是一个典型的UDP应用例子DNSDNS是将域名地址转换为IP地址的常见UDP应用，我们在浏览网页时，通常输入网站地址后第一步要做得就是使用DNS获得该网站的IP地址，我们将在应用层详细地学习DNS相关内容。DNS使用UDP传送报文，但DNS服务器和DNS客户所使用的端口是不一样的。DNS服务器进程是一直在运行着，其熟知端口是53，在此端口上等待DNS请求的到来。DNS客户DNS服务器出队列入队列端口51000UDP出队列入队列端口53UDP应用层传输层UDP用户数据报计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院UDP的数据报格式用户数据报UDP的报文格式由两部分构成：首部和数据各字段意义如下：（1）源端口：即本主机应用进程的端口号；（2）目的端口：目的主机应用进程的端口号；（3）长度：UDP用户数据报的长度；（4）检验和：用于检验UDP用户数据报在传输中是否出错源UDP端口号目的UDP端口号UDP长度UDP校验和数据……01631计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院UDP数据报格式UDP用户数据报首部中检验和的计算方法有些特殊。在计算检验和时，要在UDP用户数据报之前增加12个字节的伪首部。之所以称为“伪首部”，是因为这种伪首部并不是UDP用户数据报真正的首部。伪首部仅用于计算检验和，既不向下传送也不向上递交。下图是伪首部的格式。伪首部包括源IP和目的IP地址以及UDP数据段的长度，此外还有一个字节的协议号17，17号协议就是UDP协议。IP分组如果封装的是UDP报文，那么在IP分组首部的协议号字段的值就是17。UDP计算机检验和的方法和计算IP数据报首部检验和的方法相似。但网络层只校验IP分组首部，不对数据进行校验。而UDP则是首部和数据一起检验081631源IP地址目的IP地址00000000协议号17UDP数据段长计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院UDP的应用由于UDP无需建立、简单高效且开销小的的特点，因此得到了广泛的应用尽管UDP本身无法提供传输的可靠性，但是如果我们既想利用UDP简单高效的特性，又想提供一定程度上的传输保障，则可以通过在应用层增加相应的可靠传输机制来完成。这样做可以使应用程序无需受限于由TCP拥塞控制机制引起的传输速率的制约。目前很多应用就是基于这种思想的。应用应用层协议传输层协议域名服务DNSUDP简单文件传输TFTPUDP路由信息协议RIPUDP动态主机配置DHCPUDP简单网管SNMPUDPIP电话专用协议UDP流媒体通信专用协议UDP多播组管理IGMPUDP电子邮件发送SMTPTCP远程登录TELNETTCPWeb浏览HTTPTCP文件传输FTPTCP计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院5.5传输控制协议TCPTCP概述可靠传输原理TCP报文段格式TCP连接管理TCP的可靠传输TCP流量控制TCP拥塞控制计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院TCP概述TCP协议是面向连接的，需要经历建立连接、数据通信和断开连接三个阶段。这里的“连接”并不是电路交换中的物理连接，也不是像虚电路那样的逻辑连接，它的连接状态信息完全保存在两个端系统中，即网络上的路由器并不知道哪两个端系统建立了TCP连接。TCP连接是全双工的，即通信双方可以同时发送和接收数据。例如主机H1和H2通信，建立TCP连接后，H1向H2发送数据时，也能接收来自H2的数据。TCP的数据传输是可靠的，它具有重传、确认等可靠机制，一旦数据丢失或出错，那么发送方将重新发送数据，确保数据的可靠到达。此外，相比于UDP，TCP还提供流量控制、拥塞控制机制，用于控制发送方的发送速率。计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院可靠传输原理传输不可靠的根源在于底层物理信道的误码率，其不可靠程度取决于误码率的大小。这种底层物理信道的不可靠性就需要上层的可靠传输协议来弥补。可靠传输的基本协议（1）理想的传输协议（2）基本停等协议（3）增加序号机制的停等协议（4）增加超时机制的停等协议计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院理想的传输协议基本假设：物理信道不会出错；网络层总是准备好发送数据；数据链路层处理速度无限快显然，这是一种理想的数据传输，因为物理信道不会出错意味着本协议无需进行校验、纠错；而网络层和数据链路层的假设意味着无需进行流量控制和保序等操作。从网络层取分组加帧头帧尾成帧将帧送往物理层发送方收到帧？去帧头帧尾提取分组将分组送往网络层是否接收方计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院基本停等协议基本假设如下：物理信道会出错；网络层总是准备好发送数据；数据链路层处理速度有限与理想协议相比，物理信道此时会出错，因此需要有校验功能，数据链路层处理速度有限，意味着发送方不能无限度的发送数据，必须要等到接收方确认（ACK）才能继续发送。一旦收到错误的确认，就要重新发送数据。从网络层取分组加帧头帧尾成帧将帧送往物理层发送方收到帧？去帧头帧尾提取分组将分组送往网络层是否接收方等到ACK？否是发送ACK计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院增加序号机制基本假设和第2个协议相同。但是在具有确认机制的可靠传输协议中，仅仅一个模糊的确认是不够的，因为有重发数据的存在。接收方无法分辨收到的数据是新发的数据还是重新发送的数据，因此需要给发送的数据编号，称为序号。有了序号后，就能够有目的的确认。接收方也就不会混淆新发帧和重发帧了。从网络层取分组构造0#帧将帧送往物理层发送方收到1#帧？去帧头帧尾提取分组将分组送往网络层是否接收方等到ACK0？否是发送ACK1从网络层取分组构造1#帧将帧送往物理层等到ACK1？否是收到0#帧？否发送ACK0将分组送往网络层去帧头帧尾提取分组是计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院增加超时机制物理信道除了会出错外，还有可能发送数据丢失的现象。而数据一旦丢失，就必须要进行重传。此时需要引入一个超时（Timeout）机制，当在定时器到期之前收到了来自接收方的确认，就取消定时器发送下一个数据。若定时器超时后仍未收到确认，则认为数据传输丢失（当然也有可能是确认信息丢失），发送方将重新发送数据。从网络层取分组构造0#并缓存将帧送往物理层，启动定时器0发送方等到ACK0？否是从网络层取分组构造1#帧并缓存将帧送往物理层启动定时器1等到ACK1？否是定时器0超时否是获取缓存的0#帧重新发送定时器1超时是获取缓存的1#帧重新发送否计算机网络技术电子科大计算机学院，软件学院带确认、序号和超时机制的停等协议具有确认、序号和超时机制的停等协议已经可以比较好的进行数据的可靠传输了图a)是没有出错的工作情况，其他图是停等协议出现问题的现象发送方接收方发送帧0接收帧0发送ACK0接收帧1发送ACK1接收帧0发送ACK0接收ACK0发送帧1接收ACK1发送帧0pkt0pkt1pkt0ACK0ACK1ACK0a)无丢包操作发送方接收方发送帧0接收帧0发送ACK0接收帧1发送ACK1接收帧0发送ACK0接收ACK0发送帧1接收ACK1发送帧0pkt0pkt1pkt0ACK0A