TCP与UDP协议

传输层连接管理
以上建立传输连接的模型是由ARPANET首先提出来的， 称ARPANET初始连接协议。显而易见的缺点是，客户怎么 能知道某台服务器上正好能提供它所需要的服务呢（即是 否存在相应的应用程序）。一种改进的模型是取消进程服 务器，对每一具体服务器均分配一个公认TSAP。再提供一 个名字服务器，它也占用一个公认TSAP。根据服务名字， 可以从名字服务器中查出对应的公认TSAP。客户先从名字 服务器中查出具体服务器的公认TSAP，再直接与具体服务 器建立连接，即可获得所需服务。 3.建立连接 在理想的情况下，一个成功的建立传输连接的过程如 图8.45所示。图中，T-CONNECT表示传输层连接类原语， request、indication、response和confirm分别是连接请求、指 示、响应与确认原语。比如T-CONNECT request表示层连 接请求原语。建立连接时，客户发送一个请求报个并列的协议，TCP和UDP。其中， TCP （ Transport Control Protocol ，传输控制协议）是 面向连接的，相当于OSI的TP4，而且两者确实有许多相似 之处。 UDP （ User Datagram Protocol ，用户数据报协议） 是无连接的，相当于OSI的TP0。一般情况下，TCP和UDP共 存于一个网间网中，前者提供高可靠性服务，后者提供高 效率服务。高可靠性的 TCP 用于一次传输大量报文的情形 （如文件传输、远程登录等）；高效率的 UDP 用于一次传 输少量报文（尤其是交易型应用）的场合，其可靠性由应 用程序提供。 TCP 要解决各种可靠性问题，因而比较复杂； UDP 几乎直接建立在 IP 协议之上，相对简单得多。 TCP 和 UDP 共存于一个网间网中的事实告诉我们，在计算机网络 中，可靠性并不比效率更重要，只有可靠性而无效率的协 议在某些应用场合下是根本没有用的，对二者的选择取决 于应用的环境和需要。
传输层连接管理
他们各有自己的保留端口与自由端口，且保留端口号的范围 都是0~255。不同协议的端口之间没有任何联系，不会互相 干扰。同一个保留端口在TCP和UDP中可能对应于不同类型 的应用进程，也可能对应于相同类型的应用进程。 我们进一步来分析一下端口号。在同一台计算机上，当 一个应用程序运行的时候，就分配给它一个端口。这里有三 个问题。第一，什么时候、哪一个应用程序运行，是随机的。 第二，同一个应用程序在不同时刻运行所分配的端口号一般 不会相同，也就是说，一个应用程序并不拥有固定的端口号。 第三，同一台主机上拥有的应用程序是有限的，不可能你需 要什么程序就有什么程序。 2.建立传输连接的模型 传输连接必须面向进程，必须用到对方的端点地址 TSAP。问题是，发起连接的一方如何知道对方哪个应用程 序正在运行；即使正在运行，分配给它的端口号又是多少呢？
用户数据报协议UDP
校验和（CHECKSUM）：这是一个可选域，置0时表示未选，全1 （负0的反码）表示校验和为0。 UDP建立在IP之上，意味着整个UDP报文封装在IP数据报中传送，如 图UDP报文封装所示。所谓封装实际上是发送端UDP软件将UDP报文交 给IP软件后，IP软件在前面加一个头标，构成IP数据报，这一过程相 当于将UDP报文装入IP数据报数据区。值得注意的是，UDP数据报中不 指定信源主机和信宿主机地址，因为这没有必要，传输层只需识别端 口，而不用识别主机，识别主机的工作由互联网层（IP软件）完成。 UDP校验和是一个可选域，这是其效率的又一体现，因为计算校验 和是很花费时间的，如果应用程序对效率的兴趣远远高于对可靠性的 兴趣，就可以不选此域。UDP校验和还有一个与众不同的特点：除UDP 数据报本身外，它还覆盖一个附加头标，该头标并非UDP数据报的有效 成分，称为伪头标（pseudo header），其格式如图UDP伪头标所示。
传输层连接管理
传输层连接管理，包括连接端点的标识、建立传输连接 的模型、建立连接与撤除连接这样几个问题。 1.连接端点的标识 在建立连接的时候，必须显式地给出全局唯一的信宿端 的地址。一个全局的传输服务用户应该用以下四个域来标识： {TSAP，NSAP，主机地址，网络号} 当网络层是无连接的（IP协议就是），NSAP便可以忽略。 TCP/IP把TSAP叫做端口（port）。一个端口拥有一个本地唯 一的端口号。作为一种逻辑结构，TCP/IP端口可以随机分配， 但有一部分保留下来供系统专用。前者称为自由端口，后者 称为保留端口。保留端口只占很小一部分，以全局方式进行 分配，就是后面我们要提到的服务器进程。每一个标准的服 务器都拥有一个全局公认的端口号，不同机器上同样的服务 器，其端口号相同。自由端口占全部端口的绝大部分，以本 地方式进行分配。TCP/IP传输层的两个协议（TCP与UDP），
传输层的其他问题
传输层的其他几个问题包括滑动窗口协议、传输层多路复用以及崩 溃恢复，下面分别叙述。 （1）滑动窗口协议。滑动窗口协议的作用有二：其一是保证数据传输的可 靠性，其二是实现流量控制。网关和接收端可以通过某种方式通知发送 方改变其窗口大小，以限制发方报文注入网络的速度，达到流控之目的。 （2）传输层多路复用。TCP/IP的网络层不提供连接，所以不存在向下多路 复用问题。向上多路复用指多个传输连接使用一个网络连接，其目的在 于充分利用虚电路带宽，降低传输开销。TCP/IP就属此种类型。 （3）崩溃恢复。这是传输层最难解决的问题之一。有两种情况，一是网络 连接崩溃，一是主机崩溃。不管是那种崩溃，主机都会丢失未确认的数 据或关于传输状态的信息。为了恢复崩溃，发送端向所有主机广播一个 查询报文，宣告自己已经崩溃，希望得知其它主机所有打开连接的状态， 以此为依据进行恢复。
传输层连接管理
器若愿意接收请求，则发回一个响应报文。这样连接就建 立起来。这是一个合情合理的过程，很容易理解。
T-CONNECT Request
T-CONNECT Indication T-CONNECT Response
T-CONNECT Confirm
图8.45 建立连接的理想过程
传输层连接管理
传输层连接管理
广泛使用的客户-服务器模型巧妙地解决了这个问题。 客户（发起连接的一方）发出连接请求。服务器（接受连 接的一方）中有一个特殊的后台进程，叫进程服务器。进 程服务器随系统一起启动并常驻内存，它拥有一个全局公 认的TSAP。客户根据对方的主机地址和进程服务器TSAP 向对方进程服务器发起连接请求，在请求报文中同时给出 自己的TSAP及所在的主机地址。进程服务器监听其公认 TSAP，一旦收到连接请求，便建立一条临时连接。 客户通过临时连接向进程服务器发送一个报文，告诉 它希望得到的服务。进程服务器便选择一个自由TSAP， 并fok一个运行具体服务程序的新进程，将新TSAP传给新 进程。进程服务器再向客户发回新TSAP，并终止临时连 接，继续监听公认TSAP。客户再与具体服务器之间通过 新TSAP建立新连接，并在新连接上开始正式通信。
然而问题并没有那么简单，因为子网不是理想的，不 是所有子网都能保证分组能正确及时地传到信宿端，因为 分组可能在传送过程中丢失。解决分组丢失的常用方法是 使用超时重传。 最难解决的问题是，请求根本没有丢失，而是在子网 中存储起来，过一段时间后，又突然出现在服务器端。在 无连接数据报子网中，尤其可能出现这种情况。这就是所 谓延迟重复问题。 消除重复连接有三种方法：消除重复连接本身，消除 重复连接请求，三次握手建立连接。 （1）消除重复连接。遵循消除重复连接的思路，有两种具 体方法可以考虑，即利用过时连接表和非重复TSAP地址。 （2）消除重复连接请求。消除重复连接请求总的想法是删 除在网络中滞留的陈旧分组，方法是给每一分组赋予一个
用户数据报协议UDP
0 15 16 31
UDP头标 UDP数据区
UDP源端 口 UDP
传输层连接管理
CR(初始序号=X) 第一次 CR(初始序号=X) CC(初始序号=Y, 确认=X)
CC(初始序号=Y, 确认=X) DATA(序号=X, 确认=Y)
第二次
第三次
DATA(序号=X, 确认=Y)
图8.46 三次握手示意
传输层连接管理
4.撤除连接 撤除连接比建立连简单，但也可能造成数据丢失，因 为连接的双方都可以发起撤除连接操作。 假设A、B两机建立连接并传输报文。在A机毫无准备 的情况下，B机单方面发出断连请求，并立刻终止接收该连 接上数据。在A机未收到断连请求之前，随时可能向B机发 送数据，于是便有了数据丢失的可能性。 为了解决此问题，要再次使用三次握手法。一方发出 断连请求后并不立即撤除连接，而要等待对方确认；对方 收到请求后，发送确认报文，并撤除连接；发起方收到确 认后最后撤除连接。
TCP与UDP
IP数据报采用无连接的数据报机制，对数据只是尽力 传送，至于传输是否正确、有序，不采取任何措施。因此， TCP/IP的可靠性体现在传输层。传输层有两个协议，其中 UDP协议是无连接的，因此传输层向它的上层协议提供的 服务质量主要依靠TCP协议来保证，因为TCP提供面向连 接的服务，称为端到端可靠性。
传输层连接管理
面向连接的传输要求A机和B机以同步方式进行报文传输， 双方发出的第一个报文均给出一个本地独立的初始序号。在 双方一来一回的报文交换过程中，回报文要对收到的上一个 来报文加以确认。 在三次握手法的第一次中，A机向B机发出连接请求（简 称CR），其中包含A机端的初始报文序号（比如X）。第二 次，B机收到CR后，发回连接确认（CC），其中，包含B机 端的初始报文序号（比如Y），以及B机对A机初始序号X的 确认。第三次，A机向B机发送X序号数据，其中包含对B机 初始Y的确认。三次握手法的操作过程如图8.46所示。 由于A机在本端对报文进行编号，它知道哪些序号是过 时的。假如B收到一个过时连接请求CR（初始序号=X1），并 确认之。A机判断出CC（确认=X1）是过时的，将发送一个拒 绝报文REJ（确认=Y），表示对来自B机的CC（初始序号=Y， 确认=X1）的拒绝。于是便不会在旧的重复连接请求上建立 错误连接了。