计算机网络基础 Ⅱ

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乡喻
7 years ago
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1 计算机网络基础 Ⅱ Week 08 郭文婷

2 概述运输层在网络体系结构中的位置 : 为网络层提供可靠的目的地站点信息为应用层提供通信服务 2

3 概述进程之间的通信 : 运输层为应用进程间提供端到端的逻辑通信网络层提供主机间的逻辑通信 3

4 概述逻辑通信 : 运输层向高层用户屏蔽了网络核心的细节, 它使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道 4

5 概述运输层和网络层的关系 : 运输层把网络层的在两个端系统之间的交付服务扩展到运行在两个不同端系统上的应用进程之间的交付服务

6 概述运输层的主要功能 : 1. 为应用进程间提供端到端的逻辑通信 2. 在报文段首部中添加差错检测字段而提供完整性检查 6

7 概述运输层的两个主要协议 : UDP( 用户数据报协议 ) 提供无连接的不可靠服务 TCP( 传输控制协议 ) 提供面向连接的可靠服务两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit) TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段 (segment) UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报 7

8 概述 UDP 和 TCP 提供的最基本的任务 ( 两种最低限度的运输层服务 ): 1. 进程间的数据交互 2. 差错检测 TCP 提供的附加服务 : 1. 可靠数据传输 2. 拥塞控制

9 概述在设计一个网络应用程序时, 开发人员必须指定使用这两种运输层协议中的哪一种 ( 即开发人员在创建套接字时必须指定是选择 UDP 还是 TCP) 9 两个协议都使用 IP 协议也就是说, 在发送数据时, 这两个协议的协议数据单元 PDU 都作为下面 IP 数据报的数据在接收数据时,IP 数据报将首部去掉后, 根据上层使用的是什么运输协议, 把数据部分交给上面的 UDP 或 T CP

10 概述多路分解和多路复用 : 通过不同的端口将报文分别交付到相应的进程称为分用 ; 应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层称为复用 ;

11 概述如何实现多路分解服务 : 主机上的每个套接字被分配一个端口号, 当报文段到达主机时, 运输层检查报文段中的目的端口号, 并将其定向到相应的套接字中, 然后报文段中的数据通过套接字进入其所连接的进程

12 概述运输层端口 : 使用原因 : 为了使运行在不同操作系统上的计算机应用程序能够相互通信, 必须使用同一方法对进程进行标识, 而这个方法就是使用协议端口号 ( 通常简称为端口 ) 概念 : 端口是运输层服务访问点 TSAP, 是 UDP 和 TCP 用来同上层应用进程进行通信的接口, 应用层的各种应用进程通过相应的端口运输实体进行交互 12

13 概述端口的作用 : 使应用层不同进程都能将其数据通过不同的端口向下交到运输层, 也让运输层在接收数据时知道应该将数据通过哪个端口交付给应用层进程 13

14 概述端口号 TCP/IP 的运输层用一个 16 位端口号 ( 可允许个不同端口 ) 标识一个端口端口号只具有本地意义, 只是为了标识本计算机应用层中的各个进程在运输层交互时的层间接口在不同计算机中, 相同的端口号是没有关联的 14

15 概述端口的分类 : 熟知端口 : 数值一般为 0~1023,TCP/IP 体系确定并公布, 所有用户都熟知的端口, 如 : 登记端口号 : 数值为 1024~49151, 为没有熟知端口号的应用程序使用的使用这个范围的端口号必须在互联网编号分配机构 IANA (Internet Assigned Numbers Authority) 登记, 以防止重复客户端口号或短暂端口号 : 数值为 49152~65535, 留给客户进程选择暂时使用当服务器进程收到客户进程的报文时就知道了客户进程所使用的动态端口号通信结束后, 这个端口号可供其他客户进程以后使用

16 概述常见端口号 :

17 UDP 概述只提供端口和差错检测的功能虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付, 但 UDP 在某些方面有其特殊的优点, 如 : UDP 是无连接的, 发送数据前不需要建立连接, 发送结束不需要释放连接, 减少了开销和发送数据前的时延 ; UDP 是面向报文的 UDP 没有拥塞控制, 也不保证可靠交互 UDP 支持一对一一对多多对一和多对多的交互通信 UDP 的首部 ( 不包括伪首部 ) 开销小, 只有 8 个字节 ( 而 TCP 报文段有 20 字节的首部开销 ) 17

18 UDP 概述发送方 UDP 对应用程序交下来的报文, 在添加首部后就向下交付 IP 层接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报, 在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程 18

19 UDP 与应用层之间端口的实现机制 : 报文队列以应用层使用简单文件传送协议 TFTP 为例讨论 : 1.TFTP 使用 UDP 传送报文, 但 TFTP 服务器和 TFTP 客户所使用的端口号不一样 2.TFTP 服务器进程是一直在运行着, 等待 TFTP 客户进程的服务请求, 因此其端口使用的是熟知端口号 69, 而在 TFTP 客户端, 当进程启动时, 向操作系统请求一个临时的端口号, 如然后操作系统就为该进程创建了两个队列 : 入队列和出队列只要进程在执行, 这两个队列就一直存在当进程终止时, 出队列入队列及临时端口号一起被撤销, 过程如下图所示 ;

20 UDP 与应用层之间端口的实现机制 : 报文队列 3. 客户进程将报文发送到出队列中,UDP 按队列中报文的先后顺序进行发送在传送到网络层前要给报文加上 UDP 首部

21 UDP 与应用层之间端口的实现机制 : 报文队列 4. 服务器在收到报文时,UDP 先检查到达的用户数据报的目的端口号是否为 69. 若是, 将次用户数据报放到入队列队尾 ; 若不是则丢弃次报文 5. 服务器要回答客户的请求时, 将要发送的报文传送到出队列, 并使用请求服务的报文的源端口号作为回答报文的目的端口号在添加上 UDP 首部后, 将其传送给 IP 层 6. 客户端收到来自网络层的报文时,UDP 先检查报文中的目的端口号是否正确若不正确则丢弃报文并请 ICMP 发送差错报文给服务器端若正确则将收到的报文放在入队列的队尾, 客户进程按报文到达的先后顺序将其一一取走

22 UDP 首部格式用户数据报用户数据报 UDP 有两个字段 : 数据字段和首部字段首部字段有 8 个字节, 由 4 个字段组成, 每个字段都是两个字节 22

23 UDP 伪首部伪首部仅用于计算检验和, 临时把伪首部和 UDP 用户数据报连接在一起, 既不向下传送也不向上递交 23

24 TCP 概述 TCP 是 TCP/IP 体系中的运输层协议, 是面向连接的, 因为可提供可靠地按序传送数据的服务 TCP 提供的连接是双向的, 即全双工的 TCP 特点 : 1.TCP 的通信是全双工的, 因此 TCP 连接的任何一方都能够发送和接收数据 2. 每一条 TCP 链接只能有两个端点, 即只能是一对一的 3.TCP 提供的服务是可靠交付的 4. 面向字节流

25 理解 TCP 所谓面向连接的, 是指在彼此通信前要先建立连接同时这种点对点的连接表明了 TCP 不支持多播和广播所谓可靠的, 是指 TCP 有一些保证数据传输准确的机制所谓字节流, 是指 TCP 接收端并不知道发送端每次向该连接写入了多少数据, 只关心通过限制能从连接中最大字节数 TCP 根据对方给出的窗口中和当前网络拥塞的程度决定报文长度, 而 UDP 的报文长度是发送方进程给出的 TCP 可把过长的数据块划分短一些再传送, 也可等积累足够数据再发送

26 TCP 连接 TCP 把连接作为最基本的抽象每一条 TCP 连接有两个端点 TCP 连接的端点不是主机, 不是主机的 IP 地址, 不是应用进程, 也不是运输层的协议端口 TCP 连接的端点叫做套接字 (socket) 或插口端口号拼接到 (contatenated with) IP 地址即构成了套接字

27 TCP 套接字每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点 ( 即两个套接字 ) 所确定即 :

28 TCP 发送报文段的大致过程 1. 发送端的应用进程按照自己产生数据的规律, 不断地将数据块陆续写入到 TCP 的发送缓存中 2.TCP 从发送缓存中取出一定数量的数据, 将其组成 TCP 报文段逐个传送到网络层, 然后发送出去 3. 接收端从网络层收到 TCP 报文段后, 先将其暂存在接受缓存中, 然后让接收端应用进程从接受缓存中将数据逐个读取 28

29 TCP 首部格式一个 TCP 报文首部的前 20 个字节是固定的, 后面有 4N 字节是根据需要而增加的选项, 因此 TCP 首部的最小长度是 20 个字节 29

30 TCP 首部字段说明源端口和目的端口 : 分别占 2 个字节, 端口是运输层与服务层的服务接口序号 : 占 32 位,TCP 会把数据流中的每一个字节都编上一个序号, 而首部中的序号字段就是指本报文段所发送的数据的第一个字节的序号确认号 : 占 32 位, 是指期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号 30

31 TCP 首部字段说明数据偏移 : 占 4 位, 指出 TCP 报文段的数据起始片距离 TCP 报文段的起始处有多远, 实际上就是 TCP 报文段首部的长度保留 : 占 6 位, 保留为今后使用, 目前置为 0 下面 6 个比特是说明本报文段性质的控制比特, 意义如下 : 紧急比特 URG: 当值为 1 时表明紧急指针有效告诉系统此报文段中有紧急数据, 应优先传送确认比特 ACK: 当值为 1 时, 确认号字段有效 31

32 TCP 首部字段说明推送比特 PSH: 接收方应尽快将这个报文段交给应用层发送方使用 PUSH 标志通知接收方将所收到的数据全部提交给接收进程这里的数据包括与 PUSH 一起传送的数据以及接收方 TCP 已经为接收进程收到的其他数据 ( 还在 TCP 的缓冲区中 ) 复位比特 RST: 值为 1 时, 表明 TCP 连接中出现严重差错, 必须释放连接重新建立同时复位比特也可用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连接 32

33 TCP 首部字段说明同步比特 SYN: 在建立连接时用来同步序号, 当 SYN=1 而 ACK=0 时, 表明这是一个连接请求报文段对方若同意建立连接, 则应在响应报文段中使 SYN=1 且 ACK=1 终止比特 FIN: 用来释放一个连接, 当其值为 1 时, 表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕, 并要求释放运输连接

34 TCP 首部字段说明窗口 : 占 2 字节用来控制对方发送的数据量, 单位为字节通过这个报文段告诉对方所能发送的数据的字节数的最大值校验和 : 占 2 字节, 检验和范围包括了整个的 TCP 报文段 : TCP 首部和 TCP 数据

Chapter 5- 运输层 (1)-2017

Chapter 5- 运输层 (1)-2017 计算机网络第五章运输层 (1) 陈旺虎 chenwh@nwnu.edu.cn 第 5 章运输层 5.1 运输层协议概述 5.2 运输层协议概述 5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.4 可靠传输的工作原理 4.5 TCP 报文段的首部格式 5.6 TCP 可靠传输的实现 5.7 TCP 的流量控制 5.8 TCP 的拥塞控制 5.9 TCP 的连接管理 5.1 运输层协议概述从通信和信息处理的