傳輸層傳輸層協(xié)議-PPT課件(PPT 33頁)

1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第1頁，共33頁。傳輸層基本功能與服務(wù)UDP協(xié)議, TCP協(xié)議習(xí)題第13課:主要內(nèi)容第2頁，共33頁。重點與難點重點：了解運輸層協(xié)議類型，運輸層的分用和復(fù)用；掌握UDP，TCP協(xié)議的特點；UDP報文的格式；難點：熟悉進(jìn)程間的通信過程；UDP，TCP的端口服務(wù)類型；第3頁，共33頁。討論1 傳輸層的基本功能和服務(wù)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)功能用戶功能面向通信面向信息處理從通信和信息處理的角度看：傳輸層向它的上一層應(yīng)用提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，也是用戶功能的最低層第4頁，共33頁。討論1 傳輸層的基本功能和服務(wù)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)功能用戶功能

2、面向通信面向信息處理其主要任務(wù)是：在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)上，從源端機(jī)到目的端機(jī)提供可靠的、價格合理的數(shù)據(jù)傳輸，使高層服務(wù)用戶在相互通信時不必關(guān)心通信子網(wǎng)實現(xiàn)的細(xì)節(jié)。其主要功能是：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序之間的通信，主要有連接端口管理、流量控制、錯誤處理、數(shù)據(jù)重發(fā)等工作第5頁，共33頁。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層AP1AP2AP3AP4網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層IP傳輸提供應(yīng)用進(jìn)程間邏輯通信端口應(yīng)用進(jìn)程傳輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信 主機(jī) A主機(jī) B路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4LAN1IP 協(xié)議的作用范圍運輸層

3、協(xié)議 TCP 和 UDP 的作用范圍第6頁，共33頁。由上圖可以看出數(shù)據(jù)在兩臺主機(jī)間傳送的整個過程:在物理層上可以透明地傳輸數(shù)據(jù)的比特流；在數(shù)據(jù)鏈路層上使得各條鏈路能傳送無差錯的數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀按順序、無丟失、不重復(fù)）；在網(wǎng)絡(luò)層上提供了路由選擇和網(wǎng)絡(luò)互連的功能，使得主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)分組(packet)能夠按照合理的路由到達(dá)主機(jī)B。但是在這一過程中，到達(dá)主機(jī)B的數(shù)據(jù)并不一定是最可靠的。為了提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量，在傳輸層需要再次優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并向高層用戶屏蔽通信子網(wǎng)的細(xì)節(jié)，使高層用戶看見的就好像在兩個傳輸層實體之間有一條端到端的、可靠的、全雙工的通信通路一樣。 第7頁，共33頁。在整個通信的過程中，數(shù)

4、據(jù)在傳輸層上，才是第一次實現(xiàn)真正意義的端到端的數(shù)據(jù)通信。要想實現(xiàn)傳輸層的功能，必須在主機(jī)中裝有傳輸層協(xié)議。在傳輸層中完成傳輸功能的硬件和軟件被稱為傳輸實體TSAP（Transport Service Access Point），通過傳輸實體，傳輸層可以向應(yīng)用層提供傳輸服務(wù)第8頁，共33頁。運輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要區(qū)別 應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程IP 協(xié)議的作用范圍（提供主機(jī)之間的邏輯通信）TCP 和 UDP 協(xié)議的作用范圍（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）因 特 網(wǎng)第9頁，共33頁。TCP/IP 體系中的運輸層協(xié)議 TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口運輸層第10頁，共33頁。TCP/IP協(xié)議中的傳輸層 在

5、TCP/IP協(xié)議中有兩個并列的協(xié)議：UDP和TCP。UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是面向無連接的，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要建立連接，而目的主機(jī)收到數(shù)據(jù)報后也不需要發(fā)回確認(rèn)。這種協(xié)議提供了一種高效的傳輸服務(wù)。TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是面向連接的，即在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前需要先建立連接，而且目的主機(jī)收到數(shù)據(jù)報后要發(fā)回確認(rèn)信息。這種協(xié)議提供了一種可靠的傳輸服務(wù)。第11頁，共33頁。TCP 與 UDP UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對方的運輸層在收到 UDP 報文后，不需要給出任何確認(rèn)。雖然 UD

6、P 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。TCP 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、面向連接的運輸服務(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12頁，共33頁。還要強(qiáng)調(diào)兩點 運輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報與網(wǎng)際層的IP數(shù)據(jù)報有很大區(qū)別。IP 數(shù)據(jù)報要經(jīng)過互連網(wǎng)中許多路由器的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，但 UDP 用戶數(shù)據(jù)報是在運輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。TCP 報文段是在運輸層抽象的端到端邏輯信道中傳送，這種信道是可靠的全雙工信道。但這樣的信道卻不知道究竟經(jīng)過了哪些路由器，

7、而這些路由器也根本不知道上面的運輸層是否建立了 TCP 連接。 第13頁，共33頁。傳輸層使用的 port(端口 ) & socket(套接字)TCP/IP傳輸層可以通過協(xié)議端口（protocol port，簡稱端口）來標(biāo)識通信的應(yīng)用進(jìn)程。 例如： HTTP 80 DHCP 67、68傳輸層就是通過端口與應(yīng)用層的應(yīng)用程序進(jìn)行信息交互的，應(yīng)用層各種用戶進(jìn)程通過相應(yīng)的端口與傳輸層實體進(jìn)行信息交互。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，應(yīng)用層中的各種不同的服務(wù)器進(jìn)程不斷地檢測分配給它們的端口，以便發(fā)現(xiàn)是否有某個應(yīng)用進(jìn)程要與它通信。第14頁，共33頁。傳輸層使用的 port(端口 ) & socket(套接字)端口實際上

8、是一個16Bit長的地址，范圍可以從0至65535 將0至1023端口號稱為熟知端口號（Well-Known Port）其余1024至49951端口號稱為登記端口號，為沒有熟知端口號的應(yīng)用程序使用的。使用這個范圍的端口號必須在 IANA 登記，以防止重復(fù)。49152至65535端口號稱為客戶端口號，留給客戶進(jìn)程選擇暫時使用。當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程收到客戶進(jìn)程的報文時，就知道了客戶進(jìn)程所使用的動態(tài)端口號。第15頁，共33頁。第16頁，共33頁。協(xié)議端口號關(guān)鍵字描述UDP42NAMESERVER主機(jī)名字服務(wù)器UDP53DOMAIN域名服務(wù)器UDP67BOOTP Client客戶端啟動協(xié)議服務(wù)UDP68BOO

9、TP Server服務(wù)器端啟動協(xié)議服務(wù)UDP69TFTP簡單文件傳輸協(xié)議UDP111RPC遠(yuǎn)程過程調(diào)用TCP20FTP Data文件傳輸服務(wù)器（數(shù)據(jù)連接）TCP21FTP Control文件傳輸服務(wù)器（控制連接）TCP23Telnet遠(yuǎn)程終端服務(wù)器TCP25SMTP簡單郵件傳輸協(xié)議TCP80HTTP超文本傳輸協(xié)議第17頁，共33頁。 套接字 socket = (IP地址: 端口號) 套接字 (socket)為了使得多主機(jī)多進(jìn)程通信時，不至于發(fā)生混亂情況，必須把端口號和主機(jī)的IP地址結(jié)合起來使用，稱為插口或套接字（Scoket）。插口包括IP地址（32位）和端口號（16位） ，共48位。第18頁

10、，共33頁。 TCP 連接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2)每一條 TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個端點（即兩個套接字）所確定。TCP 連接（端到端）的端點不是主機(jī)，不是主機(jī)的IP 地址，不是應(yīng)用進(jìn)程，也不是傳輸層的協(xié)議端口。而是一對套接字(socket)或插口。UDP協(xié)議，雖然在進(jìn)行通信的進(jìn)程間不需要建立連接，但是在每次傳輸數(shù)據(jù)時，都要給出發(fā)送端口和接收端口，因此同樣也要使用插口。 第19頁，共33頁。運輸層的復(fù)用與分用復(fù)用是指在發(fā)送方不同的應(yīng)用進(jìn)程都可以使用同一個運輸層協(xié)議傳送數(shù)據(jù)（當(dāng)然需要加上適當(dāng)?shù)氖撞浚?；而分用是指接收?/p>

11、的運輸層在剝?nèi)笪牡氖撞亢竽軌虬堰@些數(shù)據(jù)正確交付到目的應(yīng)用進(jìn)程。要能正確地將數(shù)據(jù)交付給指定應(yīng)用進(jìn)程，就必須給每個應(yīng)用進(jìn)程賦予一個明確的標(biāo)志。在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，使用一種與操作系統(tǒng)無關(guān)的協(xié)議端口號(protocol port number)（簡稱端口號）來實現(xiàn)對通信的應(yīng)用進(jìn)程的標(biāo)志。第20頁，共33頁。端口在進(jìn)程之間的通信中所起的作用 應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層TCP 報文段UDP用戶數(shù)據(jù)報應(yīng)用進(jìn)程TCP 復(fù)用IP 復(fù)用UDP 復(fù)用TCP 報文段UDP用戶數(shù)據(jù)報應(yīng)用進(jìn)程端口端口TCP 分用UDP 分用IP 分用IP 數(shù)據(jù)報IP 數(shù)據(jù)報發(fā)送方接收方第21頁，共33頁。討論 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP UDP

12、 只在 IP 的數(shù)據(jù)報服務(wù)之上增加了很少一點的功能，即端口的功能和差錯檢測的功能。雖然 UDP 用戶數(shù)據(jù)報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。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)報只有 8 個字節(jié)的首部開銷。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。這對某些實時應(yīng)用是很重要的。 第22頁，共33頁。UDP 的特點UDP 是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接（當(dāng)然發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束時也沒有連接可釋放），因此減少了開銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時延。UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時也不使用擁塞控制，因此主機(jī)不需要維持具有

13、許多參數(shù)的、復(fù)雜的連接狀態(tài)表。由于 UDP 沒有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。這對某些實時應(yīng)用是很重要的。很多的實時應(yīng)用（如 IP 電話、實時視頻會議等）要求源主機(jī)以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且允許在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時丟失一些數(shù)據(jù)，但卻不允許數(shù)據(jù)有太大的時延。UDP 正好適合這種要求。 第23頁，共33頁。UDP 的特點（續(xù)）UDP 是面向報文的。這就是說，UDP 對應(yīng)用程序交下來的報文不再劃分為若干個分組來發(fā)送，也不把收到的若干個報文合并后再交付給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序交給 UDP 一個報文，UDP 就發(fā)送這個報文；而 UDP 收到一個報文，就把它交付給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序必須選

14、擇合適大小的報文。UDP 支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。用戶數(shù)據(jù)報只有 8 個字節(jié)的首部開銷，比 TCP 的 20 個字節(jié)的首部要短。第24頁，共33頁。UDP 的問題雖然某些實時應(yīng)用需要使用沒有擁塞控制的 UDP，但當(dāng)很多的源主機(jī)同時都向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送高速率的實時視頻流時，網(wǎng)絡(luò)就有可能發(fā)生擁塞，結(jié)果大家都無法正常接收。還有一些使用 UDP 的實時應(yīng)用需要對UDP 的不可靠的傳輸進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以減少數(shù)據(jù)的丟失。第25頁，共33頁。UDP 的首部格式 偽首部源端口目的端口長 度檢驗和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送

15、在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報第26頁，共33頁。偽首部源端口目的端口長 度檢驗和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報用戶數(shù)據(jù)報 UDP 有兩個字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有 8 個字節(jié)，由 4 個字段組成，每個字段都是兩個字節(jié)。 第27頁，共33頁。偽首部源端口目的端口長 度檢驗和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報在計算檢驗和時，臨時把“偽首部”和 UDP 用戶數(shù)據(jù)報連接在一起。

16、偽首部僅僅是為了計算檢驗和。第28頁，共33頁。討論 傳輸控制協(xié)議 TCP TCP 是面向連接的運輸層協(xié)議。每一條 TCP 連接只能有兩個端點(endpoint)，每一條 TCP 連接只能是點對點的（一對一）。 TCP 提供可靠交付的服務(wù)。 TCP 提供全雙工通信。面向字節(jié)流。 第29頁，共33頁。TCP 面向流的概念端口發(fā)送 TCP 報文段TCPTCP接收緩存發(fā)送緩存報文段報文段報文段端口發(fā)送方接收方向發(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30頁，共33頁。應(yīng)當(dāng)注意TCP 連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。TCP 對應(yīng)用進(jìn)程一次把多長的報文發(fā)送到TCP 的緩存中是不關(guān)心的。TCP 根據(jù)對方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個報文段應(yīng)包含多少個字節(jié)（UDP 發(fā)送的報文長度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。TCP 可把太長的數(shù)據(jù)塊劃分短一些再傳送。TCP 也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報文段發(fā)送出去。 第31頁，共33頁。TCP 連接的任何一方都能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)通信是全雙工方式。發(fā)送方的應(yīng)用進(jìn)程按照自己產(chǎn)生數(shù)據(jù)的