计算机网络第5章运输层总结
网络 运输层
这里举一个现实中的例子
两个公司的经理要经常交换一些公文信 函，他们会将这些信函交给自己的秘书。 从经理的角度看，公文信函只要交给秘 书，就可以到达对方的经理。 经理好比应用层，而秘书好比传输层， 两边的秘书为两边的经理建立一条公文 信函的传输通道。
如下图所示，传输层为应用进程提供了一条 逻辑通道，将两个应用进程连接起来。这个 连接是跨越网络的。
运输层的必要性
当一台主机的应用层将数据交给传输层传输时，数 据并不会由这台主机的传输层直接到达目的主机的 传输层，因为传输层不知道走什么样的路才能到达 目的地，这是网络层需要完成的任务。 传输层需要网路层的支持，它会将数据交给网络层， 让网络层找到一条正确的路，将数据传输到目的地。 既然数据要靠网络层功能传递到目的主机，为什么 不让网络层直接为应用层提供服务，而又要增加一 个传输层呢？
运输层的必要性
2、网络层根据IP地址可以把数据传递到目的 主机，但是网路层不知道该把分组中的数据交 给目的主机的哪一个进程？ 所以网络层不能直接为应用层提供服务，需要 在网络层和应用层之间设置一层，来解决网络 层不能解决的问题，为应用层提供更好的服务， 这就是传输层。
运输层为相互通信的应用进程提供了 逻辑通信
端口是一种软件结构，是运输层协议和应用层 协议交互时的接口，每个端口有一个唯一的端 口号，并且有相应的输入和输出缓存。 一个应用进程通过系统调用可以绑定到运输层 协议（UDP或TCP）的一个端口上。 端口和应用进程是一一对应的，通过端口号能 确定主机内的一个应用进程。
5.1 运输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信
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。 当网络的边缘部分中的两个主机使用网络的核 心部分的功能进行端到端的通信时，只有位于 网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层，而 网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用 到下三层的功能。
第五章运输层
TCP 与 UDP
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。
课件制作人：邓小鸿
5.2 用户数据报协议 UDP
5.2.1 UDP 概述
UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加 了很少一点的功能，即端口的功能和 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。
课件制作人：邓小鸿
UDP 的主要特点
计算机网络（第 5 版）
第 5 章 运输层
课件制作人：邓小鸿
第 5 章 运输层
5.1 运输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信 5.1.2 运输层的两个主要协议 5.1.3 运输层的端口
5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述 5.2.2 UDP 的首部格式
课件制作人：邓小鸿
第 5 章 运输层（续）
课件制作人：邓小鸿
面向报文的 UDP
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。UDP 对应用层交 下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留 这些报文的边界。
应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 就照样发 送，即一次发送一个报文。
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，一次交付一个完整的报文。
5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点 5.3.2 TCP 的连接
计算机网络运输层
计算机网络运输层简介计算机网络是由多个不同的硬件设备和软件组成的复杂系统，通过网络连接这些设备和软件，使它们能够进行通信和数据传输。
在网络中，运输层是一个非常重要的层次，负责在源主机和目标主机之间提供可靠的数据传输服务。
本文将介绍计算机网络中的运输层，并详细解释其功能和作用。
运输层的功能和作用运输层是网络协议栈中的第四个层次，位于网络层和应用层之间。
它的主要功能是将数据从源主机传输到目标主机，并确保数据的可靠传输。
具体来说，运输层在数据传输过程中需要完成以下几个重要的任务：1. 传输数据分段在传输层中，数据会被切割成较小的分段进行传输。
这是因为在网络中传输大量数据的时候，如果将数据整体传输过去，会占用大量的带宽和传输资源。
通过将数据分成较小的分段，可以提高传输的效率，并减少网络拥塞的可能性。
2. 端口管理运输层通过端口进行数据的发送和接收。
端口是一个逻辑概念，用于标识运行在源主机和目标主机上的应用程序。
源主机通过端口将数据发送给目标主机上的特定应用程序，而目标主机上的应用程序则通过端口接收数据。
3. 多路复用和分解运输层可以同时为多个应用程序提供数据传输服务。
它通过多路复用将多个应用程序的数据打包在一起，然后通过网络传输给目标主机。
目标主机上的运输层再通过分解操作将接收到的数据分发给相应的应用程序。
4. 可靠性保证在数据传输过程中，网络可能出现丢包、错误和传输延迟等问题，这会导致数据的可靠性降低。
运输层通过使用一系列的机制，如确认、重传和流量控制，来确保数据的可靠传输和顺序交付。
5. 错误检测和纠正为了提高数据传输的可靠性，运输层会使用一些错误检测和纠正的方法，如校验和和序列号。
校验和用于检测数据在传输过程中是否发生了错误，而序列号则用于确保数据的按序传输。
运输层的协议计算机网络中有两个主要的运输层协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCPTCP是一个面向连接的协议，它提供可靠的数据传输服务。
运输层知识点总结
运输层知识点总结运输层是OSI模型中的第四层，负责在主机之间提供端到端的数据传输服务。
运输层使用端口号来识别不同的应用程序，并为这些应用程序提供可靠的数据传输服务。
本文将总结运输层的知识点，包括运输层的功能、协议、特性等内容。
1. 运输层的功能运输层主要有两个功能，一是提供端到端的数据传输服务，二是为应用层提供端口号和流控制。
具体来说，运输层负责将应用层的数据分割成适合传输的数据段，并为这些数据段提供可靠的传输服务。
此外，运输层还负责数据的多路复用与分解，即将来自不同应用程序的数据段合并到一个数据流中传输，然后再分解成适合不同应用程序的数据段。
2. 运输层的协议在运输层有两个主要的协议，即传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP 提供可靠的数据传输服务，具有数据校验、流量控制、拥塞控制等功能，适用于需要可靠数据传输的应用程序，如电子邮件、文件传输等。
UDP则提供不可靠的数据传输服务，不具有数据校验、流量控制等功能，适用于实时性要求高的应用程序，如视频会议、在线游戏等。
3. 运输层的特性运输层有多种特性，包括可靠性、流量控制、拥塞控制等。
其中，可靠性是运输层最重要的特性之一，即保证数据传输的正确性和完整性。
为了实现可靠传输，TCP使用序号、确认应答、重传机制等技术。
流量控制是另一个重要的特性，即控制发送方的发送速率，使得接收方可以处理接收到的数据。
拥塞控制是为了避免网络拥塞，使得网络能够在高负载时保持稳定运行。
4. 运输层的端口号运输层使用端口号来识别不同的应用程序。
端口号是一个16位的数字，范围从0到65535。
其中，0到1023的端口号是系统端口号，用于系统服务和常用应用程序，如HTTP的端口号是80，SMTP的端口号是25。
1024到49151的端口号是注册端口号，用于一些常用应用程序，如FTP的端口号是21，Telnet的端口号是23。
49152到65535的端口号是动态或私有端口号，用于一些临时性应用程序。
计算机网络CH5-5ed运输层
运输层协议的选择依据
根据应用需求选择协 议
对于需要可靠、有序的数据传输， 如网页浏览、电子邮件等应用， TCP是更好的选择；对于实时性 要求较高或对丢包敏感的应用， 如流媒体、实时游戏等，UDP更 为合适。
05 运输层协议的比较与选择
TCP与UDP的比较
TCP（传输控制协议）和UDP（用户数 据报协议）是计算机网络运输层的两种 主要协议，它们在功能、传输方式和应 用场景等方面存在显著差异。
TCP是一种面向连接的协议，提供可靠的数 据传输服务，通过确认机制、重传机制、流 量控制和拥塞控制等机制来保证数据的顺序 和完整性。
计算机网络ch5-5ed运输层
contents
目录
• 运输层概述 • TCP/IP协议 • 传输控制协议（TCP） • 用户数据报协议（UDP） • 运输层协议的比较与选择
01 运输层概述
运输层的功能
数据传输
提供端到端的数据传输服务，确保数据可靠、 有序和无差错地传输。
流量控制
根据接收端的能力动态调整发送端的数据传 输速率，避免数据丢失或溢出。
协议转换
运输层负责协议转换，将不同 协议格式的数据转换为统一的
传输格式。
运输层协议
TCP（传输控制协议）
提供可靠的数据传输服务，通过确认机制、 重传机制和流量控制机制实现可靠传输。
UDP（用户数据报协议）
提供无连接的数据传输服务，适用于对实时 性要求较高的应用，如流媒体和在线游戏。
02 TCP/IP协议
流量控制
流量控制是为了避免接收端因处理能 力不足而导致的丢包问题，通过滑动 窗口机制动态调整发送速率。
《计算机网络》-运输层整理版
运输层1、应用进程之间的通信又称为端到端的通信。
2、运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。
3、运输层还要对收到的报文进行差错检测。
4、运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP。
5、TCP/IP 的运输层有两个不同的协议：(1) 用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)(2) 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)6、UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。
对方的运输层在收到UDP 报文后，不需要给出任何确认。
7、TCP 则提供面向连接的服务。
TCP不提供广播或多播服务。
8、运输层使用协议端口号(protocol port number)，或通常简称为端口(port)。
9、TCP 最主要的特点：（1）TCP 是面向连接的运输层协议。
（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）。
（3）TCP 提供可靠交付的服务。
（4）TCP 提供全双工通信。
（5）面向字节流。
10、软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址11、UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。
12、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。
13、14、在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。
分组和确认分组都必须进行编号。
超时计时器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。
15、流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。
16、在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏——产生拥塞(congestion)。
运输层知识总结
发送窗口前沿通常是不断向前的，但也可能不变，对应两种情况：一是没有收到新 的确认，对方通知的窗口大小也不变；二是收到了新的确认但是窗口号变小了，使得发 送窗口前沿正好不变。前沿也可能向后收缩，发生在对方通知的窗口缩小了。 发送窗口后沿变化有不动和前移。 发送窗口内的字节可能是已发送的但未收到确认的或是未发送的， 只要不收到确认 后沿就不向前移。 接受窗口(rwnd) 接受窗口只对按序接受的最高序号给予确认，如果只收到 32、33 但未收到 31、确 认报文的确认号仍为 31(希望 A 从 31 开始发送，退后 N 帧)，如果收到了 31，并把序号 31~33 交给主机，B 删除这些数据，向 A 发送确认，确认号 34，窗口 20。 窗口与缓冲的关系 缓冲一般是循环利用的，环形。 发送缓冲并不等于发送窗口，发送窗口用来暂时存放： 1） 发送应用程序传送给 TCP 准备发送的数据； 2） TCP 已发送但未收到确认的数据 接受缓冲： 1） 按序到达但未上交给主机的 2） 未按序到达的数据 强调： 1） 虽然 A 的发送窗口总是根据 B 的接受窗口设置的， 但同一时刻 A 的发送窗口并
计算机网络_第五章_运输层
运输层为相互通信的应用进程提供了 逻辑通信
5 4 3 2 1 IP 层 AP1 AP 2 应用进程 应用进程 端口 运输层提供应用进程间的逻辑通信 端口 AP3 AP4 5 4
3
2 1
主机 A
主机 B 路由器 1 LAN1 WAN IP 协议的作用范围 运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围 路由器 2 LAN2
5.1.2 运输层的两个主要协议
TCP/IP 的运输层有两个不同的协议： (1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)
TCP 与 UDP
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)。
三类端口
熟知端口，数值一般为 0~1023。 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 IANA 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。
AP1 AP2
AP3
AP4
应用进程之间的通信
两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应 用进程互相通信。 应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。 应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交 到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。 “运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻 辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是 沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层 之间并没有一条水平方向的物理连接。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章运输层总结
(一)运输层的功能
通信的真正端点不是主机而是主机中的进程
端到端的通信是应用进程之间的通信
网络层是为主机之间提供逻辑通信————————按主机的IP地址寻址
而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信——按进程的端口号寻址
复用和分用的概念
复用：在发送方不同的应用程序都可以使用同一个运输层协议传送数据（加上适当首部）分用：在接收方的运输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付到目的应用进程
端口的概念
端口的作用：标识各进程16位表示
端口的分类：服务器端使用的端口号（熟知端口号、登记端口号）
客户端使用的端口号
注：需记住常见应用程序的熟知端口号（课本184页）和各类端口号的取值范围，如熟知端口号范围为0~1023
(二)运输层的两个协议
UDP——————用户数据报协议
掌握：
1)特点：无连接；尽最大努力交付；面向报文；无拥塞控制；支持一对一、一对多、多对
一和多对多；首部开销小（只有8字节）；不可靠的；时延小；实时性强
2)UDP数据报首部格式（课本185页）
检验和的算法（12字节的伪首部&对首部和数据都实现检验）
TCP——————传输控制协议
1)特点：面向连接；面向字节流；提供流量控制&拥塞控制；点对点（一对一）；首部开
销大（固定首部20字节）；提供可靠交付服务
2)TCP报文段首部格式（课本193页，各个字段含义均掌握）
关于UDP:
虽然TCP协议中植入了各种安全保证功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。
反观UDP由于排除了可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。
UDP适应于对实时要求较高、不允许有较大时延的情况，如航空信息应用、股票信息应用和视频会议等。
UDP数据报和TCP 报文段首部相同部分：源端口、目的端口、检验和
(三)TCP协议
TCP协议三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放
一、 连接建立（三次握手）
连接请求报文段、连接接受报文段（确认报文段）、对确认报文段的确认报文段中SYN 、ACK 以及初始化序号等参数的值（课本216图5-31掌握，自己会画出）
关于初始序号：（图5-31中的seq=x ，seq=y ，其中x 为A 客户方的初始序号，y 为B 服务器方的初始序号）TCP 规定双方的初始序号被消耗掉，无论是客户方的连接请求报文段还是服务器方的确认报文段均不能携带数据，数据传送时，从初始序号+1开始
二、 数据传送
TCP 得可靠数据传送由各种协议保证。
在不可靠的传输网络上实现可靠的通信，使用确认和重传机制
确认和重传机制
ARQ(自动重传请求)协议
其中，
选择重发ARQ 协议：在GO-BACK-N 协议中可能将已正确传送到目的方的帧再次重发，这显然是一种浪费。
另一种效率更高的策略是当接收方发现某帧出错或丢失后，其后继续送来的正确帧虽然不能立即递交给接收方的高层，但接收方仍可收下来，存放在接收缓存中，同时要求发送方重新传送出错或丢失的那一帧。
一旦收到重新传来的帧后，就可以与原来已存于缓存区中的其余帧一并按正确的顺序递交给上层的应用程序。
这就是选择重发ARQ 协议。
重传时间
发送方为每一个发送出去的分组设置一个超时计时器，超时器到期还没收到接收方发来的对该分组的确认，就重传该分组。
重传时间的设置（掌握课本201页5-4、5-5、5-6三个个公式）。
产生
流量控制：就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。
利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制。
关于滑动窗口，需掌握：
1)发送窗口的前沿和后沿都是如何变化的，什么情况下发生变化。
（课本197页最下面一
段）
A.发送窗口的后沿不动（没有收到新的确认）
发送窗口的后沿前移（收到了新的确认）
B.发送窗口的前沿前移（收到了新的确认，且对方通知的窗口不变或增大）
发送窗口的前沿不动（没有收到新的确认，且对方通知的窗口大小也不变）
发送窗口的前沿不动（收到了新的确认，但对方通知的窗口大小缩小了）
注：发送窗口的前沿一般不允许向后收缩。
掌握课本198页图5-16，理解三个指针P1,P2，P3
2)课本200页关于滑动窗口技术强调的3点
A.受接收窗口和网络拥塞以及网络的时延，发送窗口<=接收窗口
B.对于不按序到达的数据如何处理。
TCP先将这些不按序到达的数据先临时存放在接
收窗口中，等到字节流中所缺少的字节收到后，再按序交付给上层的应用程序。
C.TCP要求接收方有累积确认的功能，这样可以减小传输开销。
（累积确认or捎带确
认，减小开销）
拥塞控制
1)拥塞控制的定义：
防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器和链路不致过载。
2)拥塞控制算法：
慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
掌握各算法的原理，乘法减小、加法增大的含义，掌握课本210页图5-25，课本212页图5-27，要求会画出同类题目的图。
3)拥塞窗口、接收窗口对发送窗口的制约
发送窗口的上限值=Min【rwnd，cwnd】
当rwnd<cwnd时，是接受方的接收能力限制发送窗口的最大值。
当cwnd<rwnd时，是网络的拥塞限制发送方窗口的最大值。
三、连接释放（四次握手）
FIN、ACK等参数的值（课本217页图5-32掌握，自己会画出）
时间等待计时器的作用
(四)TCP协议中涉及到的四种计时器
重传计时器（超时计时器）————时间是RTO
持续计时器（坚持计时器）————时间是RTO 2RTO 4RTO……60s 保活计时器（保持计时器或激活计时器）——时间是2小时
时间等待计时器——时间是2MSL（4分钟）
掌握各个计时器的使用场合。