傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用第6章

高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)精選教材.網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)第一篇：網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)篇

第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用尚曉航編著清華大學(xué)出版社本章內(nèi)容與要求了解：運(yùn)輸層的功能與基本知識(shí)理解：分布式進(jìn)程通信的基本概念理解：分布式進(jìn)程通信的多路復(fù)用與多路分解掌握：運(yùn)輸層兩個(gè)主要協(xié)議的作用與基本概念2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.1 運(yùn)輸層的基本概念2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.1 運(yùn)輸層的基本概念基本概念:提供的是分布式進(jìn)程間的邏輯通信；協(xié)議時(shí)運(yùn)行在端系統(tǒng)中；協(xié)議有TCP、UDP1.運(yùn)輸層的作用運(yùn)輸層是OSI面向用戶的高層與面向通信的低層之間的接口層。主要目的就是為網(wǎng)絡(luò)用戶的分布式應(yīng)用進(jìn)程，提供可靠或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸。OSI七層模型整體構(gòu)成傳輸層是承上啟下的層：它下面的三層主要面向網(wǎng)絡(luò)通信，以確保信息被準(zhǔn)確有效地傳輸；它上面的三個(gè)層次則面向用戶主機(jī)，為用戶提供各種服務(wù)。6.1 運(yùn)輸層的基本概念2.服務(wù)范圍由圖6-1可知：網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的作用是遠(yuǎn)程主機(jī)之間的通信；運(yùn)輸層及應(yīng)用層協(xié)議的作用是遠(yuǎn)程主機(jī)間各種進(jìn)程之間的通信。相鄰結(jié)點(diǎn)之間(DL層)IP端口主機(jī)之間進(jìn)程之間從上頁(yè)圖中可看出：運(yùn)輸層為進(jìn)程之間提供邏輯通信網(wǎng)絡(luò)層為主機(jī)之間提供邏輯通信數(shù)據(jù)鏈路層為相鄰結(jié)點(diǎn)之間提供邏輯通信6.1 運(yùn)輸層的基本概念6.1 運(yùn)輸層的基本概念3.端系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中與Internet或網(wǎng)絡(luò)相連的計(jì)算機(jī)被稱為“端系統(tǒng)”。計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)程間端到端的通信服務(wù)就是指網(wǎng)絡(luò)主機(jī)上應(yīng)用程序之間的邏輯通信。6.1 運(yùn)輸層的基本概念4.運(yùn)輸層具有的基本功能①尋址。②分段/重組。③多路復(fù)用和多路分解：識(shí)別出數(shù)據(jù)中的套接字，并將接收到的報(bào)文段交付給正確的應(yīng)用進(jìn)程（套接字），過(guò)程叫“多路分解”。反之，從源主機(jī)應(yīng)用層的多個(gè)套接字收集不同進(jìn)程的報(bào)文后，都會(huì)通過(guò)下面的網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行傳輸；過(guò)程叫“多路復(fù)用”。④ 發(fā)送主機(jī)的復(fù)用：運(yùn)輸層支持向上復(fù)用和向下復(fù)用。⑤ 運(yùn)輸層連接管理。⑥ 服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳送。⑦ 差錯(cuò)與流量控制。6.1 運(yùn)輸層的基本概念5.數(shù)據(jù)單元① 名稱：報(bào)文段。② 格式：參見表6-1。TCP報(bào)文段的格式參見表6-2；而UDP報(bào)文段的格式參見表6-3。6.2 分布式進(jìn)程通信的

基本概念2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念相關(guān)概念程序：是一個(gè)在時(shí)間上按照嚴(yán)格次序的前后相繼的操作序列，是一個(gè)靜態(tài)的概念。進(jìn)程：是由一個(gè)執(zhí)行（運(yùn)行）程序、它的當(dāng)前值、狀態(tài)信息以及通過(guò)操作系統(tǒng)管理此進(jìn)程執(zhí)行情況的資源組成。進(jìn)程就是一段程序的執(zhí)行過(guò)程。進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。簡(jiǎn)單而言，它是指在內(nèi)存中運(yùn)行的程序。6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念分布式進(jìn)程間通信的概念同一臺(tái)計(jì)算機(jī)不同進(jìn)程間的通信，由該主機(jī)的操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理；不同主機(jī)間的通信(在網(wǎng)絡(luò)中)，實(shí)際指的是不同主機(jī)應(yīng)用進(jìn)程間的通信；1.分布式進(jìn)程間的通信由于分布式進(jìn)程分別在兩臺(tái)不同主機(jī)系統(tǒng)中，沒有一個(gè)統(tǒng)一的高層進(jìn)行管理，因此，必須解決好以下問題：進(jìn)程命名與尋址方法；多重協(xié)議的識(shí)別；進(jìn)程間相互作用的模式。6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念2.進(jìn)程尋址進(jìn)程地址包含兩種信息：其一，主機(jī)的名稱或IP地址；其二，接收主機(jī)上的接收進(jìn)程的標(biāo)識(shí)，即進(jìn)程地址。（1）進(jìn)程地址（端口號(hào)，portnumber）的表示①端口號(hào)：即為“進(jìn)程地址”或“進(jìn)程標(biāo)識(shí)符”。②端口號(hào)的長(zhǎng)度定義為16位二進(jìn)制，其值可以是0~65535十進(jìn)制整數(shù)。（2）端口號(hào)的分類①全局（熟知）端口號(hào)：其數(shù)值為0~1023。②登記端口號(hào)：其數(shù)值為1024~49151。③客戶端使用的端口號(hào)（短暫端口號(hào)）：數(shù)值為49152~65535。是留給客戶進(jìn)程暫時(shí)使用的，通信結(jié)束后這個(gè)端口號(hào)可供其他客戶進(jìn)程使用。6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念3.客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server，C/S）C/S的定義是：在一對(duì)通信會(huì)話中，發(fā)起通信的進(jìn)程被稱為“客戶機(jī)”，而在會(huì)話開始時(shí)，等待聯(lián)系的進(jìn)程就是“服務(wù)器”；例如，在圖6-1。4.進(jìn)程地址與運(yùn)輸層地址（1）端口號(hào)與運(yùn)輸層協(xié)議的關(guān)聯(lián)應(yīng)用層協(xié)議的常用全局端口號(hào)如表6-2和表6-3所示。（2）運(yùn)輸層地址——套接字（Socket）“套接字”地址是一種基于分布式網(wǎng)絡(luò)的邏輯地址。因此，這種地址應(yīng)當(dāng)能夠標(biāo)識(shí)出主機(jī)上的某個(gè)進(jìn)程。還能夠通過(guò)該地址將數(shù)據(jù)傳送給上層的應(yīng)用程序。6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念（3）套接字的定義與組成①定義：為IP地址和TCP或UDP端口的組合，是應(yīng)用子程序連接的標(biāo)識(shí)。②組成：套接字由IP地址（32位）和端口號(hào)（16位），總共48位二進(jìn)制組成。6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念（4）分布式進(jìn)程通信的條件-涉及3個(gè)問題：①進(jìn)程的命名與標(biāo)識(shí)：完整標(biāo)識(shí)分布式進(jìn)程的條件如下：本地主機(jī)IP地址&本地進(jìn)程標(biāo)識(shí)遠(yuǎn)程主機(jī)IP地址&遠(yuǎn)程進(jìn)程標(biāo)識(shí)6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念②多重協(xié)議的識(shí)別：在某個(gè)主機(jī)上標(biāo)識(shí)進(jìn)程時(shí)，地址的要素有三個(gè),即“三元組”：協(xié)議本地地址本地端口號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中，完整的進(jìn)程通信標(biāo)識(shí)則需要以下的5個(gè)基本元素，即“五元組”:協(xié)議本地IP地址本地端口號(hào)遠(yuǎn)地IP地址遠(yuǎn)地端口號(hào)6.2 分布式進(jìn)程通信的基本概念③應(yīng)用：有了5元組（編程套接字）的信息，網(wǎng)絡(luò)分布式進(jìn)程間的通信才能實(shí)現(xiàn)。例如：TCP/UDP+IP+PORT←→TCP/UDP+IP+PORT

源主機(jī)

目的主機(jī)其中，TCP/UDP+IP+PORT：分別表示了“服務(wù)協(xié)議＋主機(jī)＋應(yīng)用程序”。補(bǔ)充：各類地址比較請(qǐng)歸納整理本期所學(xué)各類地址，并列表比較之。參考答案6.3 多路復(fù)用與多路分解2023/1/19第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.3 多路復(fù)用與多路分解何為運(yùn)輸層的“多路復(fù)用（multiplexing）”與“多路分解（demultiplexing）”[示例]：如圖6-2所示，主機(jī)2的用戶正在上網(wǎng)，其瀏覽器進(jìn)程為P1；此外，該計(jì)算機(jī)上正在運(yùn)行的還有另一個(gè)ftp進(jìn)程P2。[問題]：主機(jī)2如何將當(dāng)前收到的運(yùn)輸層的報(bào)文段定向到相應(yīng)的目標(biāo)進(jìn)程？[分析]：每個(gè)報(bào)文數(shù)據(jù)都含有目的進(jìn)程的套接字信息。如，主機(jī)1發(fā)給主機(jī)2的P3報(bào)文中的套接字可以唯一的標(biāo)識(shí)目的進(jìn)程；其中的目的主機(jī)的IP地址，將數(shù)據(jù)先定向到主機(jī)2；而該套接字中的端口號(hào)則定向到目的進(jìn)程P1而不是P2。6.3 多路復(fù)用與多路分解1.多路分解將運(yùn)輸層的報(bào)文段中的數(shù)據(jù)交付到正確的套接字的工作稱為“多路分解”如圖6-2所示。2.多路復(fù)用從源主機(jī)的不同套接字中收集數(shù)據(jù)塊，并為每個(gè)數(shù)據(jù)塊封裝上首部的信息（參見表6-4和表6-5），進(jìn)而生成報(bào)文段，并將報(bào)文段傳遞到網(wǎng)絡(luò)層的工作被稱為“多路復(fù)用”如圖6-2所示。6.3 多路復(fù)用與多路分解6.4 運(yùn)輸層協(xié)議1/19/2023第6章傳輸層的基礎(chǔ)與應(yīng)用6.4 運(yùn)輸層協(xié)議如圖6-3所示，在TCP/IP參考模型的運(yùn)輸層中有兩個(gè)實(shí)用協(xié)議，它們都是建立在網(wǎng)路層IP協(xié)議基礎(chǔ)上的。運(yùn)輸層協(xié)議：1.TCP傳輸控制協(xié)議TCP（TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）是TCP/IP最具代表性的協(xié)議。TCP是面向連接的、高可靠性的、提供流量與擁塞控制的運(yùn)輸層協(xié)議。6.4 運(yùn)輸層協(xié)議（1）TCP的功能與服務(wù)①功能：TCP能夠保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間信息的可靠傳輸。具體：創(chuàng)建進(jìn)程與進(jìn)程間的通信；通過(guò)滑動(dòng)窗口技術(shù)實(shí)現(xiàn)流量與擁塞控制；通過(guò)確認(rèn)分組、超時(shí)和重傳機(jī)制來(lái)進(jìn)行差錯(cuò)控制。連接與服務(wù)性質(zhì)：提供面向連接的、可靠的傳輸服務(wù)：任何兩個(gè)使用TCP協(xié)議進(jìn)行通信的對(duì)等實(shí)體間的每一次通信，都會(huì)經(jīng)歷建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和終止連接3個(gè)階段。TCP協(xié)議正是通過(guò)這種“三次握手”機(jī)制，來(lái)建立客戶端與服務(wù)器端之間每一次可靠連接。三次握手是指客戶端與服務(wù)器之間在發(fā)送數(shù)據(jù)前的確認(rèn)過(guò)程；三次握手完成后，客戶端就會(huì)開始與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。③在每一個(gè)TCP連接中，僅有兩方進(jìn)行彼此通信。（1）（2）（3）6.4 運(yùn)輸層協(xié)議（2）TCP報(bào)文段格式參見表6-4該報(bào)文段分為兩部分前面是報(bào)頭，后面的數(shù)據(jù)是應(yīng)用層報(bào)文。①源端口號(hào)和目的端口號(hào)：分別表示發(fā)送方和接收方的端口號(hào)。用于尋找發(fā)送端和接收端的應(yīng)用進(jìn)程。②序列號(hào)：是用戶數(shù)據(jù)中第一個(gè)字節(jié)的編號(hào)，編號(hào)以字節(jié)為單位的。（3）TCP套接字是一個(gè)四元組（源IP、源端口號(hào)、目的IP、目的端口號(hào)）；它是一種可以標(biāo)識(shí)分布式進(jìn)程的地址。6.4 運(yùn)輸層協(xié)議6.4 運(yùn)輸層協(xié)議2. UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP（UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）UDP是一種面向無(wú)連接的、不可靠的、沒有流量控制的運(yùn)輸層層協(xié)議。6.4 運(yùn)輸層協(xié)議（1）UDP的功能與服務(wù)①功能：UDP協(xié)議是一個(gè)簡(jiǎn)單的面向數(shù)據(jù)包的運(yùn)輸層協(xié)議；UDP協(xié)議主要用于傳輸小型的數(shù)據(jù)文件及短消息等的通信，。②連接與服務(wù)性質(zhì)：提供的是速度快的、不可靠的、面向非連接的傳輸服務(wù)。（2）UDP報(bào)文格式UDP報(bào)文格式參見表6-5。補(bǔ)充：各類地址比較1地址類型概念所在層二進(jìn)制位數(shù)備注MAC地址(物理地址)MAC地址又被稱為硬件地址，它用來(lái)定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（計(jì)算機(jī)或設(shè)備）的位置。數(shù)據(jù)鏈路層48位0-23位由INIC統(tǒng)一管理24-47位是由廠家自己分配IP地址(邏輯地址)每個(gè)節(jié)點(diǎn)（計(jì)算機(jī)或設(shè)備）的惟一的標(biāo)識(shí)符，即IP