第7章 传输层(s).ppt

第第7章章 传输层传输层本章学习要求本章学习要求o掌握：传输层的基本功能。掌握：传输层的基本功能。o掌握：用户数据报协议掌握：用户数据报协议UDPUDP。o掌握：传输控制协议掌握：传输控制协议TCPTCP。2第一部分第一部分 传输层概述传输层概述传输层在协议层次结构中的位置传输层在协议层次结构中的位置o 传输层也称为传输层也称为端到端协议层端到端协议层，是，是负责数据通信的最高层，是位于负责数据通信的最高层，是位于面面向网络通信向网络通信的低的低3 3层和层和面向信息处理面向信息处理的高的高3 3层的中间层。传输层在网络分层的中间层。传输层在网络分层结构中起着承上启下的作用，它层结构中起着承上启下的作用，它利用低利用低3 3层提供的服务向高层提供的服务向高3 3层提供层提供可靠的可靠的端到端的报文传输服务端到端的报文传输服务。o OSIOSI模型规定了模型规定了传输层是通信子传输层是通信子网和资源子网的接口网和资源子网的接口。应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层4传输层的端传输层的端-端通信端通信 5o 传输层的功能在不同的网络中有着不同的内传输层的功能在不同的网络中有着不同的内容，通信子网所提供的功能越多，传输层的功能容，通信子网所提供的功能越多，传输层的功能就越少，反之亦然。就越少，反之亦然。o 例如在例如在TCP/IPTCP/IP网络中，由于网络层提供的功网络中，由于网络层提供的功能很少，所以很多保障数据可靠传输的机制事实能很少，所以很多保障数据可靠传输的机制事实上都是在传输层来实现的。上都是在传输层来实现的。o 传输层的作用主要是弥补了网络层提供的服传输层的作用主要是弥补了网络层提供的服务较之务较之OSIOSI高层要求的服务之间的不足。高层要求的服务之间的不足。传输层的传输层的功能功能6传输层协议传输层协议o OSI OSI参考模型中定义了参考模型中定义了5 5种传输层协议以及种传输层协议以及1010种传输层的传输协议数据单元，用于实现传输连种传输层的传输协议数据单元，用于实现传输连接的建立和拆除、数据传输、流量控制等。接的建立和拆除、数据传输、流量控制等。o TCP/IPTCP/IP协议中仅定义了协议中仅定义了TCPTCP和和UDPUDP两种传输两种传输层协议，以及层协议，以及TCPTCP和和UDPUDP两种报文。两种报文。7第二部分第二部分 TCP/IPTCP/IP传输层传输层TCP/IPTCP/IP传输层及其协议传输层及其协议o 由于由于TCP/IP网络层提供的是无连接的、不可网络层提供的是无连接的、不可靠的数据传输服务，所以传输层需要在不可靠的靠的数据传输服务，所以传输层需要在不可靠的网络层的基础上提供可靠的数据传输服务。网络层的基础上提供可靠的数据传输服务。o 传输层上定义了两个协议：传输层上定义了两个协议：传输控制协议传输控制协议TCPTCP和和用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP。9TCP/IPTCP/IP传输层及其协议传输层及其协议o 传输控制协议传输控制协议TCPTCP(Transmission Control Transmission Control ProtocolProtocol)是一个可靠的、面向连接的协议，它允是一个可靠的、面向连接的协议，它允许一台计算机将数据顺序、无差错地发往互联网上许一台计算机将数据顺序、无差错地发往互联网上的其他计算机。的其他计算机。TCPTCP协议采用了协议采用了三次握手机制三次握手机制、确确认认/重发机制重发机制、滑动窗口机制滑动窗口机制（流量控制）。流量控制）。o TCP TCP协议主要用于对数据传输可靠性、正确性协议主要用于对数据传输可靠性、正确性要求较高的应用。要求较高的应用。10TCP/IPTCP/IP传输层及其协议传输层及其协议o 用户数据报协议用户数据报协议UDPUDP（UserUser Datagram Datagram ProtocolProtocol）是一个不可靠的、无连接协议，用于）是一个不可靠的、无连接协议，用于不需要不需要TCPTCP排序和流量控制，而是自己完成这些排序和流量控制，而是自己完成这些功能的应用程序功能的应用程序,或者一些对于数据可靠性要求或者一些对于数据可靠性要求不高的数据传输。不高的数据传输。o 它被广泛地应用于快速递交比准确递交更重它被广泛地应用于快速递交比准确递交更重要的应用程序，如传输语音或影像。要的应用程序，如传输语音或影像。11一、端口一、端口o 在一台主机上，多个应用程序进程同时使用在一台主机上，多个应用程序进程同时使用TCPTCP或或UDPUDP协议进行通信。传输层接收到数据后，协议进行通信。传输层接收到数据后，如何区分提交给哪个应用进程，所以如何区分提交给哪个应用进程，所以TCP/UDPTCP/UDP中引中引入了入了端口端口(port)(port)的概念。的概念。o 每个端口由一个每个端口由一个1616比特的无符号整型值（比特的无符号整型值（0-0-6553565535）来标识，被称作来标识，被称作端口号端口号，它用来标识传输，它用来标识传输层协议和应用进程之间的数据接口。层协议和应用进程之间的数据接口。o 我们可以简单地认为在本地主机中，一个应我们可以简单地认为在本地主机中，一个应用进程对应着唯一的一个端口号用进程对应着唯一的一个端口号。12一、端口一、端口o IP IP地址标识主机，端口号标识应用进程，协地址标识主机，端口号标识应用进程，协议议(TCP(TCP或或UDP)UDP)、端口号和、端口号和IPIP地址合起来，即地址合起来，即三元三元组组(协议，协议，IPIP地址，端口号地址，端口号)可以唯一地标识一个可以唯一地标识一个通信的端点（应用进程）。通信的端点（应用进程）。o 而一个通信则需要用而一个通信则需要用五元组五元组(协议，本地协议，本地IPIP地地址，本地端口号，远程址，本地端口号，远程IPIP地址，远程端口号地址，远程端口号)来来标识。标识。13一、端口一、端口o 端口号的分配方式：端口号的分配方式：全局分配全局分配和和本地分配本地分配。o TCP/UDP TCP/UDP将所有端口号（将所有端口号（0-655350-65535）分为两部分）分为两部分:o 范围为范围为0-10230-1023的端口号为的端口号为保留端口保留端口，采用全局分，采用全局分配的方式分配给一些网络服务进程，例如配的方式分配给一些网络服务进程，例如TELNETTELNET（2323）、）、FTPFTP（2020、2121）、）、SMTPSMTP（2525）、）、HTTPHTTP（8080）等等。）等等。o 每一个标准服务进程都有固定的公认的端口，所每一个标准服务进程都有固定的公认的端口，所以这些端口也称为以这些端口也称为熟知端口熟知端口。o 范围为范围为1024-655351024-65535的端口号为的端口号为临时端口临时端口，以本地，以本地分配方式临时分配给需要进行网络通信的应用进程。分配方式临时分配给需要进行网络通信的应用进程。14二、传输控制协议二、传输控制协议TCPTCPoTCPTCP协议的协议的主要特点主要特点：o TCP TCP是一种面向连接的、可靠的传输层协议；是一种面向连接的、可靠的传输层协议；o TCP TCP协议建立在不可靠的网络层协议建立在不可靠的网络层IPIP协议之上，协议之上，IPIP协议不能提供任何可靠性机制，协议不能提供任何可靠性机制，TCPTCP的可靠性完的可靠性完全由自己实现；全由自己实现；o TCP TCP采用的最基本的可靠性技术是：采用的最基本的可靠性技术是：o 三次握手机制三次握手机制o 确认确认/重发机制重发机制o 滑动窗口机制（滑动窗口机制（流量控制）。流量控制）。151 1、TCPTCP协议协议-TCPTCP报文结构报文结构 TCP TCP报文又报文又称为称为报文段报文段，分为分为报文头报文头和和数据数据两部分。两部分。161 1、TCP TCP协议协议-TCPTCP报文结构报文结构o源端口和目的端口：源端口和目的端口：都是都是1616比特，分别表示发送比特，分别表示发送方和接收方的端口号。方和接收方的端口号。o发送序号和确认序号发送序号和确认序号：都是：都是3232位的无符号整数，位的无符号整数，发送序号表示发送数据部分第一个字节的序列号，发送序号表示发送数据部分第一个字节的序列号，而确认号表示该数据报的发送者希望对方发送的而确认号表示该数据报的发送者希望对方发送的下一个字节的序号。下一个字节的序号。o头长度头长度：表示：表示TCPTCP报文头的长度。长度以报文头的长度。长度以4 4个字节个字节为单位来计算。所以如果选项部分的长度不是为单位来计算。所以如果选项部分的长度不是4 4个个字节的整数倍，则要进行填充。字节的整数倍，则要进行填充。o保留域保留域：紧接在头长度字段后有：紧接在头长度字段后有6 6个比特，应该把个比特，应该把它设置为它设置为0 0。171 1、TCP TCP协议协议-TCPTCP报文结构报文结构o6 6个个控制位控制位，其含义为：，其含义为：o URGURG为紧急数据标志位。如果它为为紧急数据标志位。如果它为1 1，则表示，则表示本数据报中包含紧急数据。此时紧急数据指针表本数据报中包含紧急数据。此时紧急数据指针表示的值有效。示的值有效。o ACKACK为确认标志位。如果为确认标志位。如果ACKACK为为1 1，则表示报文，则表示报文中的确认号是有效的。否则，报文中的确认号无中的确认号是有效的。否则，报文中的确认号无效，接收端可以忽略它。效，接收端可以忽略它。o PSHPSH为推标志位。被置为为推标志位。被置为1 1后，要求发送方的后，要求发送方的TCPTCP协议软件马上发送该数据报，接收方在收到数协议软件马上发送该数据报，接收方在收到数据后也应该立即上交给应用程序。据后也应该立即上交给应用程序。181 1、TCP TCP协议协议-TCPTCP报文结构报文结构o RST RST为复位标志位。用来复位一条连接。为复位标志位。用来复位一条连接。RSTRST标志置位的报文称为复位报文。一般情况下，如标志置位的报文称为复位报文。一般情况下，如果果TCPTCP收到的一个报文明显不是属于该主机上的任收到的一个报文明显不是属于该主机上的任何一个连接，则向远端发送一个复位报文。何一个连接，则向远端发送一个复位报文。o SYNSYN为同步标志位。用来建立连接，让连接双为同步标志位。用来建立连接，让连接双方同步序列号。如果方同步序列号。如果SYN=1SYN=1而而ACK=0ACK=0，则表示该数，则表示该数据报为连接请求，如据报为连接请求，如SYN=1SYN=1而而ACK=1ACK=1则表示是接受则表示是接受连接。连接。o FINFIN为最后段号标志位。为最后段号标志位。FIN=1FIN=1表示发送方已表示发送方已经没有数据要传输了，希望释放连接。经没有数据要传输了，希望释放连接。191 1、TCP TCP协议协议-TCPTCP报文结构报文结构o窗口字段窗口字段：窗口表示的是从被确认的字节开始，：窗口表示的是从被确认的字节开始，发送方最多可以连续发送的字节的个数。接收方发送方最多可以连续发送的字节的个数。接收方通过设置该窗口值的大小，可以调节源端发送数通过设置该窗口值的大小，可以调节源端发送数据的数量，从而实现流控。据的数量，从而实现流控。o校验和校验和：是：是TCPTCP协议提供的一种检错机制。协议提供的一种检错机制。o紧急指针紧急指针：与：与URGURG标志位配合使用，当标志位配合使用，当URGURG标志位标志位为为1 1时，紧急指针指出了紧急数据的位置。时，紧急指针指出了紧急数据的位置。202 2、TCP TCP协议协议-连接的建立和释放连接的建立和释放oTCPTCP是面向连接的协议，是面向连接的协议，采用采用“三次握手三次握手”方方式来建立连接。式来建立连接。（1 1）主机）主机A A向向B B发送一个同步命令，发送一个同步命令，即即SYN=1SYN=1且且ACK=0ACK=0的一个的一个TCPTCP连接请求连接请求报文，同时为该报文生成一个发送报文，同时为该报文生成一个发送序号序号SEQSEQ，例如，例如SEQ=xSEQ=x，放在报文头，放在报文头中一起发送出去。中一起发送出去。（2 2）如果主机）如果主机B B接收本次连接请接收本次连接请求，则返回一个同步加确认报文求，则返回一个同步加确认报文(SYN=1(SYN=1且且ACK=1)ACK=1)，这就是，这就是“第二次第二次握手握手”。其中，发送序号。其中，发送序号SEQSEQ主机由主机由B B生成，例如生成，例如SEQ=ySEQ=y，与，与x x的值无关。的值无关。用请求报文中的发送序号用请求报文中的发送序号x x加加1 1来作来作为确认序号来对请求报文进行确认。为确认序号来对请求报文进行确认。（3 3）最后，主机）最后，主机A A再向再向B B发送第二发送第二个报文个报文,ACK=1,ACK=1,发送序号发送序号SEQ=x+1SEQ=x+1，同时还要对从主机同时还要对从主机B B发来的报文进行发来的报文进行确认确认,确认序号确认序号SEQ=y+1SEQ=y+1。212 2、TCPTCP协议协议连接的建立和释放连接的建立和释放oTCPTCP协议采用与协议采用与“三次三次握手握手”类似的方式来类似的方式来释放连接。释放连接。在数据传输结束后，通信在数据传输结束后，通信双方都可以主动发出释放连接双方都可以主动发出释放连接的请求。通信双方可以依次地的请求。通信双方可以依次地先后关闭一个连接，也会同时先后关闭一个连接，也会同时提出关闭连接的请求。提出关闭连接的请求。主机主机A A向向B B发送一个发送一个FINFIN报报文文(即即TCPTCP报文头中的报文头中的FINFIN标志标志位置为位置为1)1)来请求关闭一个连接。来请求关闭一个连接。主机主机B B在收到在收到FINFIN报文后，报文后，应该马上发出确认报文，应该马上发出确认报文，A A收收到后关闭主机到后关闭主机A A到到B B方向上的连方向上的连接。接。主机主机B B可以象主机可以象主机A A一样释一样释放主机放主机B B到到A A方向上的连接。方向上的连接。223 3、TCPTCP协议协议流量控制流量控制o TCP TCP采用滑动窗口来进行流量控制，窗口大小采用滑动窗口来进行流量控制，窗口大小的单位是的单位是字节字节。o TCP TCP协议中滑动窗口的含义是指协议中滑动窗口的含义是指o 发送方（发送窗口）发送方（发送窗口）在未收到接收方返回的在未收到接收方返回的确认信息的情况下，最多能发送多少字节的数据确认信息的情况下，最多能发送多少字节的数据o 接收方（接收窗口）接收方（接收窗口）最多能接收多少字节的最多能接收多少字节的数据数据o 实际上，在每个实际上，在每个TCPTCP报文头中的窗口字段的值报文头中的窗口字段的值就是当前设定的接收窗口的大小就是当前设定的接收窗口的大小233 3、TCPTCP协议协议流量控制流量控制o 上图表示发送端需要发送的数据总共有上图表示发送端需要发送的数据总共有800800字节，分为字节，分为8 8个个报文。假设事先约定好窗口大小为报文。假设事先约定好窗口大小为500500字节，即允许发送端在字节，即允许发送端在未收到确认之前最多可以连续发送未收到确认之前最多可以连续发送500500个字节的数据。图中，个字节的数据。图中，发送窗口当前的位置表示前两个报文发送窗口当前的位置表示前两个报文(其字节序号为其字节序号为1-200)1-200)已已经发送过，并收到了接收端的确认。假如发送方又发送了两个经发送过，并收到了接收端的确认。假如发送方又发送了两个报文但未收到确认，则现在它最多还能发送报文但未收到确认，则现在它最多还能发送3 3个报文。发送端个报文。发送端在收到接收方返回的确认后，就可以将发送窗口向前滑动。在收到接收方返回的确认后，就可以将发送窗口向前滑动。243 3、TCPTCP协议协议流量控制流量控制o 实际上，发送窗口在建立连接时由通信双方实际上，发送窗口在建立连接时由通信双方商定，更重要的是，在通信过程中，接收端可以商定，更重要的是，在通信过程中，接收端可以根据本地资源的情况动态地调整自己的接收窗口根据本地资源的情况动态地调整自己的接收窗口的大小，并通知对方，使对方的发送窗口和自己的大小，并通知对方，使对方的发送窗口和自己的接收窗口一致。的接收窗口一致。254 4、TCPTCP协议协议确认确认/重发机制重发机制o 当当TCPTCP发送数据时，发送方通过一种重发方发送数据时，发送方通过一种重发方案来补偿数据的丢失，且通信的双方都要参与。案来补偿数据的丢失，且通信的双方都要参与。o 当接收方当接收方TCPTCP收到数据时，它要回发给发送收到数据时，它要回发给发送方一个确认。当发送方发送数据时，方一个确认。当发送方发送数据时，TCPTCP就启动就启动一个定时器。在定时器到点之前，如果没有收到一个定时器。在定时器到点之前，如果没有收到一个确认，则发送方重发数据。一个确认，则发送方重发数据。26报文出错报文出错4、TCP协议协议确认确认/重发机制重发机制274、TCP协议协议确认确认/重发机制重发机制报文丢失报文丢失28确认丢失确认丢失 4、TCP协议协议确认确认/重发机制重发机制29三、用户报文协议三、用户报文协议UDPUDPoUDPUDP协议的主要特点：协议的主要特点：o UDPUDP是一种无连接的、不可靠的传输层协议；是一种无连接的、不可靠的传输层协议；o 在通信中提供了有限的差错检验功能；在通信中提供了有限的差错检验功能；o 设计比较简单的设计比较简单的UDPUDP协议的目的是希望以最小协议的目的是希望以最小的开销来达到网络通信目的；的开销来达到网络通信目的；o UDP UDP报文较短，同时对报文的可靠性要求不高。报文较短，同时对报文的可靠性要求不高。30UDPUDP报文的结构报文的结构31UDPUDP报文的结构报文的结构UDPUDP检验和的检验范围检验和的检验范围：伪头部伪头部 UDPUDP头头 上层数据上层数据32