計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)任務(wù)教程模板-項目5 傳輸層與TCP協(xié)議

Page

1教學(xué)目標了解傳輸層主要功能掌握傳輸層協(xié)議及端口的概念掌握并理解TCP協(xié)議123掌握并理解UDP協(xié)議4Page

2教學(xué)內(nèi)容任務(wù)1認識傳輸層任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層任務(wù)3認識TCP協(xié)議任務(wù)4UDP協(xié)議任務(wù)1認識傳輸層Page

3傳輸層處于OSI參考模型的第四層，屬于資源子網(wǎng)。傳輸層位于網(wǎng)絡(luò)層之上、會話層之下，使用網(wǎng)絡(luò)層子系統(tǒng)提供的服務(wù)去開發(fā)本層的功能，屏蔽了通信子網(wǎng)的復(fù)雜性，為高層用戶提供友好的使用界面和端到端的透明傳輸服務(wù)。傳輸層是計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中功能十分重要的一層，網(wǎng)絡(luò)層只負責在網(wǎng)絡(luò)中找到目的主機，而傳輸層的作用則是在源主機與目的主機的應(yīng)用進程之間提供端到端的可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸層數(shù)據(jù)傳輸單位為報文。任務(wù)1認識傳輸層Page

4傳輸層從高層接收數(shù)據(jù)，并在必要時將數(shù)據(jù)分成較小的單元，傳遞給它的下層——網(wǎng)絡(luò)層，并保證到達對方的各個數(shù)據(jù)單元的信息正確無誤。兩臺主機通信的實質(zhì)就是兩臺主機中的應(yīng)用進程互相通信。任務(wù)1認識傳輸層Page

5傳輸層最終目標是為用戶提供有效、可靠、價格合理的服務(wù)。傳輸層主要功能連接管理拆分與重組數(shù)據(jù)流量控制差錯校驗處理復(fù)用與分用任務(wù)1認識傳輸層Page

6傳輸層是OSI參考模型中最重要的也是最關(guān)鍵的一層，是負責用戶數(shù)據(jù)傳輸和控制管理的一層。傳輸層的主要目的有兩個：一個是在各主機之間提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)通信；另一個則是使用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)為會話層提供獨立于網(wǎng)絡(luò)的傳輸服務(wù)。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

7傳輸層為高層用戶提供兩種服務(wù)，即可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸層定義了兩種不同的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）。TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸單位是TCP報文，而UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸單位則是UDP報文或是用戶數(shù)據(jù)報。TCP與UDP是兩個性質(zhì)不同的協(xié)議，向高層提供不同的服務(wù)，但兩者都使用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層的傳輸協(xié)議，即TCP和UDP都使用IP協(xié)議。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

8TCP與UDP協(xié)議在發(fā)送數(shù)據(jù)信息時，其協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU都作為其下面IP數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)。在接收數(shù)據(jù)信息時，IP數(shù)據(jù)報將IP首部去掉后，根據(jù)上層使用的是什么傳輸協(xié)議，把數(shù)據(jù)部分交給上層的TCP或UDP。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

9TCP是一種面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。TCP在終端用戶應(yīng)用進程之間提供面向連接的可靠服務(wù)，它允許將一臺主機的數(shù)據(jù)信息無差錯地傳送到目的主機。UDP是一種無連接的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。UDP主要用于不要求分組按照順序到達的數(shù)據(jù)傳輸中，分組順序的檢查與重新排序則交由應(yīng)用層完成。UDP不提供流量控制，不具有可靠性機制，其可靠性依賴于應(yīng)用層協(xié)議。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

10TCP協(xié)議與UDP協(xié)議比較任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

11協(xié)議端口號（ProtocolPortNumber）：簡稱端口，指的是傳輸層實體與應(yīng)用層的各種協(xié)議進程進行層間交互時用到的一種地址。傳輸層是通過端口為應(yīng)用層提供服務(wù)的，TCP和UDP都使用端口把數(shù)據(jù)信息傳遞給上層。端口號用來跟蹤同一時間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)的不同會話。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

12應(yīng)用層的各種應(yīng)用進程就是通過相應(yīng)端口與傳輸實體進行交互的。因此在傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元（TCP報文或UDP報文）的首部中都要寫入源端口號和目的端口號。一個TCP連接由它的兩個端點來標識，而每一個端點又是由IP地址和端口號來決定的。因此，TCP是使用“連接”而不是“端口”來作為最基本的研究對象的，同時將一個TCP連接的端點稱為插口（socket），或套接字、套接口。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

13一個連接由兩個插口構(gòu)成，一個插口又由兩部分信息進行標識的，分別是IP地址和端口號。端口就是傳輸層服務(wù)訪問點TSAP。端口的作用就是讓應(yīng)用層的各種應(yīng)用進程都能夠通過相應(yīng)的端口將其數(shù)據(jù)信息向下交付給傳輸層進行傳輸，或者讓傳輸層明確應(yīng)當通過相應(yīng)的端口將其報文段中數(shù)據(jù)向上交付給應(yīng)用層的相應(yīng)進程使用。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

14端口分為兩種：眾知端口和一般端口。眾知端口：Internet為一些常用的應(yīng)用層上的應(yīng)用進程保留的端口號，稱為眾知端口，這些端口號的范圍在0~1023之間。一般端口：用來隨時分配給請求通信的客戶端應(yīng)用程序的，在特定取值范圍內(nèi)隨機地分配一個端口號，僅在客戶進程運行時間才動態(tài)選擇。一般端口號的取值范圍大于或等于1024。任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

15保留的TCP/UDP的眾知端口號任務(wù)2了解TCP/IP中的傳輸層Page

16各主機終端系統(tǒng)會使用端口號來選擇合適的應(yīng)用程序。源主機上的應(yīng)用進程有服務(wù)請求時，它會使用一個由源主機自己動態(tài)分配的起始端口號來進行請求，這些動態(tài)分配的端口號通常是一些大于1023的端口號（一般端口）。舉例：任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

17傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。TCP協(xié)議是面向連接的端到端的可靠協(xié)議。通信雙方需要事先建立由軟件實現(xiàn)的連接，TCP協(xié)議為傳送的數(shù)據(jù)信息提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，為數(shù)據(jù)報提供可靠的數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

18TCP協(xié)議的主要功能數(shù)據(jù)流的復(fù)用與分用完成對報文段的確認流量控制與網(wǎng)絡(luò)擁堵的處理檢測報文段的完整性報文段的重新排序控制超時重發(fā)任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

19TCP協(xié)議通過以下方式提供可靠傳輸：將上層用戶交付的應(yīng)用程序分割成TCP認為最合適發(fā)送的數(shù)據(jù)塊并由TCP傳遞給IP的數(shù)據(jù)傳輸單位叫做報文段。TCP報文段會保持它首部和數(shù)據(jù)的檢驗和，這是一個端到端的檢驗和。（TCP報文段是作為IP數(shù)據(jù)報進行傳輸?shù)?，而IP數(shù)據(jù)報到達目的主機的順序可能與源主機發(fā)送的順序不一致，因此TCP報文段的到達也可能會失序。一個TCP連接的兩端都有固定大小的緩沖空間。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

20TCP的數(shù)據(jù)傳輸過程分為3個階段：TCP連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和TCP連接的釋放。TCP報文：TCP數(shù)據(jù)是被封裝在一個IP數(shù)據(jù)報中在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸?shù)?。任?wù)3認識TCP協(xié)議Page

21TCP能夠完成面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸功能，主要是TCP報文段中包含各種意義的字段來進行可靠性及其他功能特性的確定。一個TCP報文分為首部和數(shù)據(jù)兩個部分。TCP報文段格式中各字段含義任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

22TCP的編號與確認TCP協(xié)議是面向字節(jié)的，TCP要傳送的整個報文可以分解成若干個報文段，TCP將所要傳送的這些報文段看成是一個個字節(jié)組成的數(shù)據(jù)流，然后對每一個字節(jié)編一個序號，不按報文段進行編號。TCP適用于全雙工工作方式的通信，一個傳輸給接收方的報文段中除了包含送往對方的數(shù)據(jù)外，還需要有對所收到的報文段的確認，這種確認方式為“捎帶”確認。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

23舉例任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

24TCP提供的編號與確認機制，可以不對每一個TCP報文段發(fā)出單獨的確認信息，而是在傳送數(shù)據(jù)時，“捎帶”將確認信息一并傳送出去，這樣可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

25TCP的傳輸連接管理TCP的一個傳輸連接是用來傳送TCP報文的，TCP的傳輸連接有三個階段：連接建立階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和連接釋放階段。傳輸連接的管理就是使傳輸連接的建立和釋放都能正常地進行。為保證一個連接的建立和釋放都是可靠的，防止已經(jīng)失效的連接請求報文段突然又傳送到目的主機，TCP使用了三次握手方式來進行數(shù)據(jù)信息的交換。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

261．連接建立階段連接建立時，TCP使用三次握手方式來交換數(shù)據(jù)信息?；窘⑦^程如下：源主機發(fā)送一個帶有本次連接序號的連接請求。目的主機收到該連接請求后，如果同意連接的建立，就會向源主機返回一個帶有本次連接序號和源主機連接序號確認的信息。源主機收到含有初始序號和確認序號的應(yīng)答后，再向目的主機發(fā)送一個帶有兩次連接序號的確認。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

27通過三個動作，三次握手完成了一個TCP連接的建立。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

282．數(shù)據(jù)傳輸階段在三次握手后，一個TCP連接建立完成，此時客戶進程就可以與服務(wù)器進程之間開始進行數(shù)據(jù)傳輸了。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

293．連接釋放階段一個連接釋放的基本過程如下：由網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)通信的任意一臺主機提出要求釋放連接的請求報文段。目的主機接收到釋放連接請求后，會向源主機發(fā)送一個確認報文段，若此時該目的主機的所有數(shù)據(jù)也都已經(jīng)發(fā)送完畢，則向源主機發(fā)送一個帶有其自己序號的報文段。源主機接收到目的主機的要求釋放連接請求的報文段后，發(fā)送反向確認報文段。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

30通過三次握手進行一個TCP連接的釋放。在進行一個TCP連接釋放的過程中，TCP也是需要進行相互確認才可以斷開彼此之間的連接的。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

31如果運行客戶進程的主機與運行服務(wù)器進程的主機無法建立連接，運行客戶進程的主機就會三次向運行服務(wù)器進程的主機發(fā)送連接請求。在規(guī)定的時間內(nèi)服務(wù)器未做任何應(yīng)答，則表明連接建立失敗。傳輸層是整個協(xié)議層的核心部分，TCP協(xié)議作為面向連接的、可靠的傳輸協(xié)議，用于在不可靠的計算機網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的、端到端的字節(jié)流通信的協(xié)議。TCP協(xié)議在傳輸層起著很重要的作用。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

32TCP流量控制流量控制指的就是讓源主機傳輸數(shù)據(jù)的速度不要太快，使得目的主機來得及接收源主機發(fā)送的數(shù)據(jù)。TCP采用大小可變發(fā)送窗口的方式來進行流量控制。利用可變窗口機制可以很方便的在TCP連接上實現(xiàn)對發(fā)送主機的流量控制。任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

33在TCP報文段首部的窗口字段中寫入的數(shù)值就是當前允許對方設(shè)置的發(fā)送窗口數(shù)值的上限。發(fā)送窗口在連接建立時由通信雙方商定，但在通信過程中，接收主機可以根據(jù)自己的實際資源情況，隨時動態(tài)調(diào)整自己的接收窗口大小，然后寫入到TCP報文首部的窗口字段中告訴對方主機，使對方主機及時調(diào)整其發(fā)送窗口的大小與自己的接收窗口保持一致。舉例任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

34TCP擁塞控制擁塞控制指的是采用某種機制防止過多的數(shù)據(jù)分組注入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，致使網(wǎng)絡(luò)中的各通信設(shè)備或通信鏈路負荷過大。TCP協(xié)議是根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)中報文段的丟失情況來估計網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況的。TCP流量控制與擁塞控制比較任務(wù)3認識TCP協(xié)議Page

35TCP的重傳機制TCP提供可靠性傳輸?shù)牧硪粋€重要功能就是超時重傳機制。重傳指的是網(wǎng)絡(luò)中相互通信的兩臺主機，若接收主機由于網(wǎng)絡(luò)擁堵或其緩存空間有限來不及接收源主機發(fā)送的所有報文段，則源主機會選擇重新發(fā)送對方主機沒有接收到的報文段。舉例任務(wù)4UDP協(xié)議Page

36用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UserDatagramProtocol，UDP）是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供簡單的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無連接指的是該協(xié)議每次輸出一個UDP報文段后，被封裝成網(wǎng)際層的一個IP數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸。任務(wù)4UDP協(xié)議Page

37UDP協(xié)議特點UDP的數(shù)據(jù)傳輸過程UDP報文格式：UDP報文是由UDP首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。其中，UDP首