计算机网络传输层总结

本文学习自计算机网络第七版

运输层

从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。

进程之间的通信

1. 端到端的通信是应用进程之间的通信
2. 运输层有一个很重要的功能——复用(multiplexing)和分用(demultiplexing)

UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP却是一种最有效的工作方式。TCP则提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。

表5-1 使用UDP和TCP协议的各种应用和应用层协议

TCP/IP的运输层用一个16位端口号来标志一个端口。但请注意，端口号只具有本地意义，它只是为了标志本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口。在因特网不同计算机中，相同的端口号是没有关联的。

1. 服务器端使用的端口号这里又分为两类，最重要的一类叫做熟知端口号(well-known port number)或系统端口号，数值为0～1023；另一类叫做登记端口号，数值为1024～49151。这类端口号是为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这类端口号必须在IANA按照规定的手续登记，以防止重复。
2. 客户端使用的端口号 数值为49152～65535。由于这类端口号仅在客户进程运行时才动态选择，因此又叫做短暂端口号[插图]

一 UDP

用户数据报协议UDP只在IP的数据报服务之上增加了很少一点的功能，这就是复用和分用的功能以及差错检测的功能。

UDP的主要特点：

(1) UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接（当然，发送数据结束时也没有连接可释放），因此减少了开销和发送数据之前的时延。

(2) UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表（这里面有许多参数）。

(3) UDP是面向报文的。

(4) UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用（如IP电话、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。

(5) UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

(6) UDP的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只有8个字节(图5-5)，由四个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。各字段意义如下：

图5-5 UDP用户数据报的首部和伪首部

(1) 源端口 源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。

(2) 目的端口 目的端口号。这在终点交付报文时必须要使用到。

(3) 长度 UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）。

(4) 检验和 检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。

二 TCP

TCP是TCP/IP体系中非常复杂的一个协议。下面介绍TCP最主要的特点。

(1) TCP是面向连接的运输层协议。这就是说，应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。在传送数据完毕后，必须释放已经建立的TCP连接。也就是说，应用进程之间的通信好像在“打电话”：通话前要先拨号建立连接，通话结束后要挂机释放连接。

(2) 每一条TCP连接只能有两个端点(endpoint)，每一条TCP连接只能是点对点的（一对一）。这个问题后面还要进一步讨论。

(3) TCP提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达。

(4) TCP提供全双工通信。TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。在发送时，应用程序在把数据传送给TCP的缓存后，就可以做自己的事，而TCP在合适的时候把数据发送出去。在接收时，TCP把收到的数据放入缓存，上层的应用进程在合适的时候读取缓存中的数据。

(5) 面向字节流。TCP中的“流”(stream)指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。“面向字节流”的含义是：虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结

可靠传输的工作原理

我们知道，TCP发送的报文段是交给IP层传送的。但IP层只能提供尽最大努力服务，也就是说，TCP下面的网络所提供的是不可靠的传输。因此，TCP必须采用适当的措施才能使得两个运输层之间的通信变得可靠。

理想的传输条件有以下两个特点：

(1) 传输信道不产生差错。

(2) 不管发送方以多快的速度发送数据，接收方总是来得及处理收到的数据。

可靠传输协议：

停止等待协议

全双工通信的双方既是发送方也是接收方。下面为了讨论问题的方便，我们仅考虑A发送数据而B接收数据并发送确认。因此A叫做发送方，而B叫做接收方。因为这里是讨论可靠传输的原理，因此把传送的数据单元都称为分组，而并不考虑数据是在哪一个层次上传送的[插图]。“停止等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。

每发送完一个分组设置一个超时计时器。如果在超时计时器到期之前收到了对方的确认，就撤销已设置的超时计时器。

超时重传，就要在每发送完一个分组设置一个超时计时器，如果在超时计时器到期之前收到了对方的确认，就撤销已设置的超时计时器。

注意点

• 第一，A在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本（为发生超时重传时使用）。只有在收到相应的确认后才能清除暂时保留的分组副本。
• 第二，分组和确认分组都必须进行编号[插图]。这样才能明确是哪一个发送出去的分组收到了确认，而哪一个分组还没有收到确认。
• 第三，超时计时器设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些