第5章 传输层协议UDP与TCP

建立，也就是说，只有在连接建立的过程中SYN才被置1。
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
31
序 列号 TCP 首部 确 数据 偏移 保 留 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
5.1 端到端通信和端口号
5.1.1 端到端通信 在互联网中，任何两台通信的主机之间，从源端 到目标端的信道都是由一段一段的点到点通信线路组 成的(一个局域网中两台主机通信时只有一段点到点的 线路)。如图5-1所示。
目端目
主主1 由以1 点端点
路由服
路由服
主主2 由以2
点端点
点端点
图5-1 传输层端到端通信
16
24 目 的 端 口
31
序 列号 TCP 首部 TCP 头长 保 留 确 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
保留——6位二进制表示。必须置0，预留以备用
比特 0
8 源 端 口
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
序列号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据 流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则 指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
31
序 列号 TCP 首部 确 TCP 头长 保 留 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
31
序 列号 TCP 首部 确 TCP 头长 保 留 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
复位标志 RST (ReSeT) —— 当 RST = 1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因）， 必须释放连接，然后再重新建立运输连接。
连接终止位 (FINal) —— 用来释放一个连接。当FIN = 1 时，表明此数据报的发送端的数据已发送完毕，并要求 释放传输连接。告诉另一端已无数据可发送，即已完成了数据
应应客序
…
应应客序
应应客序
…
应应客序 由传传由数数由由 目目端端目端
ICMP
TCP
UDP 由IP传传数数由由 上由协协端端目端
ARP
IP
RARP 由由由由由由由端 端目端
由由由由以以目由 由由由
图5-2 传输层端到端通信
在TCP/IP协议中，传输层使用的端口号用一个16 位的二进制数表示。因此，在传输层如果使用TCP协 议进行进程通信，则可用的端口号共有216个。由于 UDP也是传输层一个独立于TCP的协议，因此使用 UDP协议时也有216个不同的端口。 客户端在提出请求时一定要先知道对方的端口号， 为此，TCP/IP协议在进行设计时就把服务器上守候进 程的端口号进行了静态分配。 一些常用服务的TCP和UDP的众所周知端口号见表 5-1和表5-2。
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序列 号 TCP 首部 TCP 头长 保 留 确 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
TCP头长——4位二进制表示。以32位二进制数为一 个计数单位。
比特 0
8 源 端 口
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
确认号字段——占 4 字节，是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。是上次已成功接 收到数据字节的序列号加1。
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
第5章 传输层协议UDP和TCP
5.1 端到端通信和端口号 5.2 用户数据报协议 用户数据报协议UDP 5.3 传输控制协议 传输控制协议TCP 5.4 TCP与UDP的比较 与 的比较 习题
应掌握的内容： 1、TCP协议格式的主要字段及其含义和功能 2、连接的建立与关闭的过程 3、滑动窗口协议是如何进行流量控制的 4、TCP超时重发的原理
5.2.3 UDP协议的特点 从UDP协议的数据报格式可以看出，UDP对数据的封 装非常简单，主要是增加了端口号与校验和 主要是增加了端口号与校验和，然后就可以 主要是增加了端口号与校验和 直接通过IP层进行传输了，因此它具有以下特点： (1) UDP是一种无连接、不可靠的数据报传输服务协 议。 (2) UDP对数据传输过程中惟一的可靠保证措施是进行 差错校验，如果发生差错，则只是简单地抛弃该数据报。 (3) 如果目标端收到的UDP数据报中的目标端口号不能 与当前已使用的某端口号匹配，则将该数据报抛弃，并发 送目标端口不可达的ICMP差错报文。
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
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序 列号 TCP 首部 确 TCP 头长 保 留 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
Push操作符标志 ——当置1时表示要对数据进行push 操作，即对缓冲区进行刷新。
(4) UDP协议在设计时的简单性，是为了保证UDP 在工作时的高效性和低延时性。因此，在服务质量较 高的网络中(如局域网)，UDP可以高效地工作。 (5) UDP常用于传输延时小，对可靠性要求不高， 有少量数据要进行传输的情况，如DNS(域名服务)、 TFTP(简单文件传输)等。 TFTP( )
这种直接相连的节点之间对等实体（源节点的IP层和 目标节点的IP层）的通信叫点到点通信。
端到端通信是建立在点到点通信基础之上的，它 是比网络互联层通信更高一级的通信方式，完成应用 程序(进程)之间的通信。端到端的通信是由传输层来实 现的。
5.1.2 传输层端口的概念 为了识别传输层之上不同的网络通信程序(进程)，传 输层引入了端口的概念。在一台主机上，要进行网络通信 的进程首先要向系统提出动态申请，由系统己 和这个特定的端口联系在一起，这个过程叫绑定(Binding)。 这样，每个要通信的进程都与一个端口号对应，传输层就 可以使用其报文头中的端口号，把收到的数据送到不同的 应用程序，如图5-2所示。
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校 验 和(16位)
图5-6 TCP报文段的格式
比特 0
8 源 端 口(16位)
16
24 目 的 端 口(16位)
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序列 号 TCP 首部 确 TCP 头长 保 留 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
16
24 目 的 端 口
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序 列号 TCP 首部 TCP 头长 保 留 确 认 号 窗 口 紧 急 指 针 填 充
U A P R S F R C S S Y I G K H T N N
20 字节 固定 首部
校 验 和
选 项 （长 度 可 变）
紧急指针 URG —— 当 URG = 1 时，表明紧急指 针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据， 应尽快传送(相当于高优先级的数据)。
15 16 UDP目目目目目(16位) UDP校验和(16位) 传传区
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图5-4 UDP数据报格式
5.2.2 UDP校验和的计算方法 UDP头部的校验和是一个用16位二进制表示的错误 检查字段，它是一个可选项。 UDP校验和的计算除了包含UDP头部和UDP数据区 外，还包含了一个12个字节长的伪头部。 顾名思义，这个伪头部并不是UDP的真正组成部分， 它只是为了UDP在进行差错检查时可以把更多的信息包 含进去而人为加上的。伪头部的格式如图5-5所示。
表5-1 常用的众所周知的TCP端口号
TCP 端口号 20 21 23 25 53 80 110 119 关键词 FTP-DATA FTP Telnet SMTP Domain HTTP POP3 NNTP 描 述 文件传输协议(数据连接) 文件传输协议(控制连接) 远程登录协议 简单邮件传输协议 域名服务器 超文本传输协议 邮局协议 3 网络新闻传递协议
UDP(User Datagram Protocol)：与网络层相邻的上一层常用的一 个非常简单的协议，主要功能是在IP层之上提供协议端口功能， 以标识源主机和目标主机上的通信进程。 无连接、不可靠的协议。 5.2.1 UDP数据报的封装及其格式 UDP协议在工作时是建立在IP协议之上的，UDP从进程的缓 冲区接收进程每一次产生的输出，对每次输出都生成一个UDP数 据报，然后把生成的UDP数据报直接封装在IP数据报中进行传输 如图5-3所示。
表5-2 常用的众所周知的UDP端口号
UDP 端口号 53 67 68 69 161 162 关键词 Domain BootPS BootPC TFTP SNMP SNMP-TRAP 描 域名服务器 引导协议服务器 引导协议客户机 简单文件传输协议 简单网络管理协议 简单网络管理协议陷阱 述
5.2 用户数据报协议 用户数据报协议UDP
0
78
15 16 源 目IP地 地(32位) 目目目IP地地(32位)