第四章二傳輸層

第四章二傳輸層第一頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page2數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)段內(nèi)兩結(jié)點(diǎn)之間的通信，網(wǎng)絡(luò)層完成路徑選擇。在它們之上的傳輸層完成什么功能呢？前言第二頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page3學(xué)習(xí)完此課程，您將會(huì)：了解傳輸層的基本功能認(rèn)識(shí)TCP的報(bào)文結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)UDP的報(bào)文結(jié)構(gòu)理解傳輸層兩個(gè)協(xié)議的工作特點(diǎn)目標(biāo)第三頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page4內(nèi)容介紹第1章傳輸層功能描述第2章TCP協(xié)議介紹第3章UDP協(xié)議介紹第四頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page5傳輸層協(xié)議概述從通信和信息處理的角度看，傳輸層向它上面的應(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。物理層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層面向信息處理面向通信用戶功能網(wǎng)絡(luò)功能第五頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page6傳輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信

54321傳輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信主機(jī)A主機(jī)B應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程路由器1路由器2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP層LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP協(xié)議的作用范圍傳輸層協(xié)議TCP和UDP的作用范圍AP3第六頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page7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。傳輸層的一個(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)文通過不同的端口向下交到傳輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)?！皞鬏攲犹峁?yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信”?！斑壿嬐ㄐ拧钡囊馑际牵簜鬏攲又g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)傳輸層之間并沒有一條水平方向的物理連接。第七頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page8傳輸層傳輸層功能：分段上層數(shù)據(jù)；建立端到端連接；將數(shù)據(jù)從一端主機(jī)傳送到另一端主機(jī)；保證數(shù)據(jù)按序、可靠、正確傳輸。傳輸層協(xié)議：TCP/IP協(xié)議棧的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議IPX/SPX協(xié)議棧的SPX協(xié)議等。第八頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page9流量控制流量控制的三種方式：緩存技術(shù)：突發(fā)緩存，空閑發(fā)送。源抑制報(bào)文：利用ICMP協(xié)議向源端發(fā)送sourcequench報(bào)文。窗口機(jī)制：報(bào)文中包含窗口字段，用于控制源端一次發(fā)送數(shù)據(jù)的多少。第九頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page10確認(rèn)技術(shù)Send1,2,3Acknowledge4Send4,5,6Acknowledge4Send4,5,6傳輸虛電路源目的第十頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page11內(nèi)容介紹第1章傳輸層功能描述第2章TCP協(xié)議介紹第3章UDP協(xié)議介紹第十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page12內(nèi)容介紹第2章TCP協(xié)議介紹第1節(jié)基本概念第2節(jié)TCP協(xié)議第十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page13TCP/IP體系中的傳輸層協(xié)議TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口傳輸層ARP、RARPICMP第十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page14傳輸層的兩個(gè)協(xié)議TCP/IP的傳輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP(UserDatagramProtocol)傳輸控制協(xié)議TCP (TransmissionControlProtocol)TCP應(yīng)用面向連接的傳輸方式、提供可靠的傳輸Telnet、FTP、HTTPUDP應(yīng)用無連接的傳輸方式、提供不可靠的傳輸RIP、SNMP、RADIUS、VOD第十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page15TCP與UDPUDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對(duì)方的傳輸層在收到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。（因?yàn)殚_銷?。㏕CP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、面向連接的傳輸服務(wù)，因此不可避免地增加了許多的開銷。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。第十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page16端口的概念端口就是傳輸層服務(wù)訪問點(diǎn)TSAP。端口的作用就是標(biāo)識(shí)應(yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程。每個(gè)應(yīng)用層應(yīng)用將其數(shù)據(jù)向下交付給傳輸層的時(shí)候，會(huì)打上不同的端口號(hào)，最終能讓目的端的傳輸層通過端口號(hào)知道應(yīng)當(dāng)將其報(bào)文中的數(shù)據(jù)向上交付給哪個(gè)應(yīng)用層進(jìn)程。從這個(gè)意義上講，端口就是應(yīng)用層應(yīng)用的身份標(biāo)志。第十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page17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TCP報(bào)文段UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)程TCP復(fù)用IP復(fù)用UDP復(fù)用TCP報(bào)文段UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)程端口端口TCP分用UDP分用IP分用IP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送方接收方第十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page18端口（PORT）端口用一個(gè)16bit數(shù)字表示，稱為端口號(hào)。端口號(hào)只具有本地意義，即端口號(hào)只是為了標(biāo)識(shí)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)是沒有聯(lián)系的。可以將端口號(hào)分為兩類：一類是知名端口，其數(shù)值為0~1023。當(dāng)一種新的公用的應(yīng)用程序出現(xiàn)時(shí)，需要為它分配一個(gè)知名端口。另一類則是一般端口/隨機(jī)端口，用來隨時(shí)分配給臨時(shí)請(qǐng)求通信的客戶進(jìn)程。第十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page19常見端口號(hào)20FileTransferProtocol[DefaultData]21FileTransferProtocol[Control]23Telnet25SimpleMailTransferProtocol53DomainNameServer80WorldWideWebHTTP119NetworkNewsTransferProtocol161SNMP162SNMPTRAP第十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page20內(nèi)容介紹第2章TCP協(xié)議介紹第1節(jié)基本概念第2節(jié)TCP協(xié)議第二十頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page21傳輸控制協(xié)議TCP概述端口…發(fā)送

TCP

報(bào)文段TCP…TCP接收緩存發(fā)送緩存報(bào)文段…報(bào)文段報(bào)文段端口發(fā)送端接收端向發(fā)送緩存寫入數(shù)據(jù)塊從接收緩存讀取數(shù)據(jù)塊應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程第二十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page22TCP首部20字節(jié)的固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序列號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FIN32bitSYNRSTPSHACKURG比特0151631TCP數(shù)據(jù)部分（應(yīng)用層數(shù)據(jù)）TCP首部TCP報(bào)文段IP數(shù)據(jù)部分IP首部發(fā)送在前TCP首部結(jié)構(gòu)第二十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page23TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631源端口和目的端口字段：各占2字節(jié)。端口是傳輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。傳輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實(shí)現(xiàn)。第二十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page24TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631序號(hào)字段：占4字節(jié)。TCP連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(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)。第二十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page25TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631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)。第二十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page26TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631頭部長度：占4bit，它指出TCP報(bào)文段的頭部長度?！邦^部長度”的單位不是字節(jié)而是32bit字（4字節(jié)為計(jì)算單位）。第二十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page27TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631保留字段：占6bit，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為0。第二十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page28TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631緊急比特URG：當(dāng)URG1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))。第二十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page29TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631確認(rèn)比特ACK：只有當(dāng)ACK1時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效。當(dāng)ACK0時(shí)，確認(rèn)號(hào)無效。第二十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page30TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631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。第三十頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page31TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631復(fù)位比特RST(ReSeT)：當(dāng)RST1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，然后再重新建立傳輸連接。

第三十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page32TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631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。第三十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page33TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631終止比特FIN(FINal)：用來釋放一個(gè)連接。當(dāng)FIN1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，并要求釋放傳輸連接。第三十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page34TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631窗口字段：占2字節(jié)，窗口字段用來控制對(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。第三十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page35TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631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。第三十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page36TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631緊急指針字段：占16bit。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)。第三十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page37TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口頭部長度檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號(hào)緊急指針窗口確認(rèn)號(hào)保留FINSYNRSTPSHACKURG比特0151631選項(xiàng)字段：長度可變（<40字節(jié)）。最常見的可選字段是MSS（MaximumSegmentSize，最大報(bào)文尺寸）。第三十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page38最大報(bào)文段長度MSSMSS表示本端能接收的報(bào)文長度的最大值目的：使得IP數(shù)據(jù)報(bào)的大小與網(wǎng)絡(luò)的MTU相適應(yīng)報(bào)文段過小會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)利用率報(bào)文段過大會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)吞吐率當(dāng)建立一個(gè)連接時(shí)，連接的雙方需要協(xié)商MSSMSS的默認(rèn)值為536，因此它允許IP數(shù)據(jù)報(bào)長度為576字節(jié)第三十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page39TCP連接clientserverSYN(seq=a)SYN(seq=b,ack=a+1)ACK(seq=b+1)第三十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page40TCP關(guān)閉clientserverFIN(seq=a)ACK(seq=a+1)FIN(seq=b,ack=a+1）ACK(seq=b+1)第四十頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page41TCP半關(guān)閉clientserverFIN(seq=a)ACK(seq=a+1)datadata的ACKFIN(seq=b）ACK(seq=b+1)writeread第四十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page42滑動(dòng)窗口需要修改窗口大小發(fā)送數(shù)據(jù)太快了！len1024win4096len1024win4096len1024win4096ack4097win2048len1024win4096len1024win4096ack6145win2048len1024win4096len1024win4096len1024win4096第四十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page43內(nèi)容介紹第1章傳輸層功能描述第2章TCP協(xié)議介紹第3章UDP協(xié)議介紹第四十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page44用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP概述UDP（UserDatagramProtocol

）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。

第四十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page45UDP的特點(diǎn)UDP傳送數(shù)據(jù)前并不與對(duì)方建立連接，即UDP是無連接的，在傳輸數(shù)據(jù)前，發(fā)送方和接收方相互交換信息使雙方同步。UDP不對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，在UDP報(bào)文的首部中并沒有關(guān)于數(shù)據(jù)順序的信息（如TCP所采用的序號(hào)），而且報(bào)文不一定按順序到達(dá)的，所以接收端無從排起。UDP對(duì)接收到的數(shù)據(jù)報(bào)不發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，發(fā)送端不知道數(shù)據(jù)是否被正確接收，也不會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)。UDP傳送數(shù)據(jù)較TCP快速，系統(tǒng)開銷也少。第四十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page46端口是用報(bào)文隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)UDP端口51000UDP端口69出隊(duì)列入隊(duì)列出隊(duì)列入隊(duì)列TFTP服務(wù)器TFTP客戶UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用層運(yùn)輸層第四十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page47UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的首部格式偽首部源端口目的端口長度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)IP首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)UDP首部第四十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日Page48偽首部源端口目的端口長度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)4411