概述

從IP層看，通信雙方是兩個(gè)主機(jī)。

但真正進(jìn)行通信的實(shí)體是在主機(jī)中的進(jìn)程，是這個(gè)主機(jī)中的一個(gè)進(jìn)程和另一個(gè)主機(jī)中的一個(gè)進(jìn)程在交換數(shù)據(jù)。

所以嚴(yán)格的講，兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信就是兩個(gè)主機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)程互相通信。

IP協(xié)議能把分組送到主機(jī)，但分組還停留在主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層而沒(méi)有交付給主機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)程。

從運(yùn)輸層看，通信的真正端點(diǎn)并不是主機(jī)而是主機(jī)中的進(jìn)程。即，端到端的通信是應(yīng)用進(jìn)程之間的通信。在一個(gè)主機(jī)中經(jīng)常有多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程同時(shí)分別和另一個(gè)主機(jī)中的多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程通信。

運(yùn)輸層的重要功能：

• 復(fù)用：在發(fā)送方不同的應(yīng)用進(jìn)程都有可以使用同一個(gè)運(yùn)輸層協(xié)議傳送數(shù)據(jù)
• 分用：接收方的運(yùn)輸層在剝?nèi)?bào)文的首部后能夠把這些數(shù)據(jù)正確交付到目的應(yīng)用進(jìn)程

協(xié)議

兩個(gè)主要協(xié)議：

• 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP（User Datagram Protocol） | RFC 768 | UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)
• 傳輸控制協(xié)議TCP（Transmission Control Protocol） | RFC 793 | TCP報(bào)文段

UDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接，遠(yuǎn)程主機(jī)的運(yùn)輸層收到UDP報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)。

TCP提供面向連接的服務(wù)。在傳送數(shù)據(jù)之前必須先建立連接，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后要釋放連接。TCP不提供廣播或多播服務(wù)。

一些應(yīng)用和應(yīng)用層協(xié)議主要使用的運(yùn)輸層協(xié)議：

運(yùn)輸層的端口

因特網(wǎng)上使用的計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)種類(lèi)很多，不同的操作系統(tǒng)又使用不同格式的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符。為了使運(yùn)行不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程能夠互相通信，必須使用統(tǒng)一的方法對(duì)TCP/IP體系的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)志，這種方法必須與特定操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。

但把一個(gè)特定機(jī)器上運(yùn)行的特定進(jìn)程指明為因特網(wǎng)上通信最后的終點(diǎn)還是不可行的。這是因?yàn)檫M(jìn)程的創(chuàng)建和撤銷(xiāo)都是動(dòng)態(tài)的，通信的一方幾乎無(wú)法識(shí)別對(duì)方機(jī)器上的進(jìn)程。
另外，往往需要利用目的主機(jī)提供的功能來(lái)識(shí)別終點(diǎn)，而不需要知道具體實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的進(jìn)程是哪一個(gè)。

解決方法是在運(yùn)輸層使用協(xié)議端口號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)為端口（port）。也就是說(shuō)，雖然通信的終點(diǎn)是應(yīng)用進(jìn)程，但只要把傳送的報(bào)文交到目的主機(jī)的某一個(gè)合適的目的端口，剩下的工作就由TCP來(lái)完成。

TCP/IP的運(yùn)輸層用一個(gè)16位端口號(hào)來(lái)標(biāo)志一個(gè)端口。端口號(hào)只具有本地意義，只是為了標(biāo)志本計(jì)算機(jī)應(yīng)用層中的各個(gè)進(jìn)程在運(yùn)輸層交互時(shí)的層間接口。在因特網(wǎng)的不同計(jì)算機(jī)中，相同的端口號(hào)是沒(méi)有關(guān)聯(lián)的。16位的端口號(hào)可允許有65535個(gè)不同的端口號(hào)。

兩個(gè)計(jì)算機(jī)中的進(jìn)程互相通信，不僅需要對(duì)方的IP地址，還需要知道對(duì)方的端口號(hào)。

因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)通信是采用客戶-服務(wù)器方式，客戶在發(fā)起通信請(qǐng)求時(shí)，必須知道對(duì)方服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)。運(yùn)輸層的端口號(hào)分為兩大類(lèi)：
1、服務(wù)器端使用的端口號(hào)：又分為兩類(lèi)

• 熟知端口號(hào)或系統(tǒng)端口號(hào)，數(shù)值0~1023，可在www.iana.org查到，指派給TCP/IP最重要的應(yīng)用程序，讓所有的用戶都知道。
  
• 登記端口號(hào)，數(shù)值1024~49151。 是為沒(méi)有熟知端口號(hào)的應(yīng)用程序使用的。這類(lèi)必須在IANA登記，以防止重復(fù)。

2、客戶端使用的端口號(hào)，數(shù)值1024~65535。這類(lèi)端口號(hào)僅在客戶進(jìn)程運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)選擇，又叫短暫端口號(hào)。通信結(jié)束就不存在了。

UDP

在IP之上增加很少的功能：

• 復(fù)用
• 分用
• 差錯(cuò)檢測(cè)

主要特點(diǎn)：

• 無(wú)連接，減少了開(kāi)銷(xiāo)和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時(shí)延
• 盡最大努力交付，即不保證可靠交付
• 面向報(bào)文，發(fā)送發(fā)的UDP對(duì)應(yīng)用程序交下來(lái)的報(bào)文，添加首部后就向下交付給IP層。既不合并，也不拆分，保留這些報(bào)文的邊界。
  
• 無(wú)擁塞控制
• 支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多交互通信
• 首部開(kāi)銷(xiāo)小，只有8字節(jié)，TCP有20字節(jié)

首部格式

數(shù)據(jù)字段和首部字段

首部字段由四個(gè)字段組成，每個(gè)字段的長(zhǎng)度都是兩個(gè)字節(jié)：
1、源端口 ： 在需要回信時(shí)選用，不需要可全用0
2、目的端口 ： 終點(diǎn)交付報(bào)文
3、長(zhǎng)度 ： UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，最小值是8
4、檢驗(yàn)和 ： 檢測(cè)UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸時(shí)是否有錯(cuò)，有錯(cuò)就丟棄

如果接收方UDP發(fā)現(xiàn)收到的報(bào)文中的目的端口號(hào)不正確，就丟棄該報(bào)文，并由ICMP發(fā)送“端口不可達(dá)”差錯(cuò)報(bào)文給發(fā)送方

UDP的檢驗(yàn)和是把首部和數(shù)據(jù)部分一起都檢驗(yàn)，IP數(shù)據(jù)報(bào)的檢驗(yàn)和只檢驗(yàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部

TCP

主要特點(diǎn)：
1、面向連接
2、每一條TCP連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)，每一條TCP連接只能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的
3、提供可靠交付。無(wú)差錯(cuò)、不丟失、不重復(fù)、按序到達(dá)

• 停止等待協(xié)議

  • 無(wú)差錯(cuò)情況，發(fā)送-確認(rèn)-發(fā)送-確認(rèn)······
    

  • 出現(xiàn)差錯(cuò)

    • 

    • A超過(guò)一段時(shí)間仍沒(méi)有收到確認(rèn)，就認(rèn)為剛才發(fā)送的分組丟失了，重傳前面發(fā)送過(guò)的分組，這叫做超時(shí)重傳。

    • 要實(shí)現(xiàn)超時(shí)重傳，要在發(fā)送完一個(gè)分組設(shè)置一個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器，如果在超時(shí)計(jì)時(shí)器到期之前收到了對(duì)方的確認(rèn)，就撤銷(xiāo)以設(shè)置的超時(shí)計(jì)時(shí)器

  • 確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到

    • 
    • B發(fā)送的確認(rèn)丟失，A重傳數(shù)據(jù)，B又收到數(shù)據(jù)，會(huì)采取丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)，向A發(fā)送確認(rèn) 。
    • B對(duì)分組的確認(rèn)遲到，A會(huì)收到重復(fù)的確認(rèn)，丟棄即可，B還會(huì)收到重復(fù)數(shù)據(jù)，同樣丟棄，重傳確認(rèn)

• 連續(xù)ARQ協(xié)議

  • 發(fā)送方維持發(fā)送窗口，位于發(fā)送窗口的分組都可以連續(xù)發(fā)送出去，不需要等待對(duì)方的確認(rèn)，可提高信道利用率
  • 連續(xù)ARQ協(xié)議規(guī)定，發(fā)送方每收到一個(gè)確認(rèn)，就把發(fā)送窗口向前滑動(dòng)一個(gè)分組的位置，然后可以繼續(xù)發(fā)送新覆蓋的分組。
  • 接收方一般采用累計(jì)確認(rèn)的方式，接收方不必逐個(gè)發(fā)送確認(rèn)，而是可以在收到幾個(gè)分組后，對(duì)按序到達(dá)的最后一個(gè)分組發(fā)送確認(rèn)，這樣就表示，到這個(gè)分組為止的所有分組都正確收到了
  • 優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，確認(rèn)丟失也不必重傳
  • 確定：不能向發(fā)送方反映出接收方已經(jīng)正確收到的所有分組的信息

4、提供全雙工通信。TCP連接的兩端都設(shè)有發(fā)送緩存和接收緩存，用來(lái)臨時(shí)存放雙向通信的數(shù)據(jù)
5、面向字節(jié)流?！傲鳌笔侵噶魅氲竭M(jìn)程或從進(jìn)程流出的字節(jié)序列。TCP把應(yīng)用程序交下來(lái)的數(shù)據(jù)堪稱(chēng)僅僅是一連串的無(wú)結(jié)構(gòu)的字節(jié)流，不知道字節(jié)流的含義。

TCP連接的端點(diǎn)叫做套接字或插口

端口號(hào)拼接到IP地址即構(gòu)成了套接字

套接字的表示方法是在點(diǎn)分十進(jìn)制的IP地址后面寫(xiě)上端口號(hào)，中間用冒號(hào)或逗號(hào)隔開(kāi)，例：192.3.4.5:80

套接字socket=(IP地址: 端口號(hào))

每一條TCP連接唯一地被通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定，即：

TCP連接::={socket1, socket2} = {(IP1: port1), (IP2, port2)}

首部格式

TCP報(bào)文段首部的前20個(gè)字節(jié)是固定的，后面有4N字節(jié)是根據(jù)需要而增加的選項(xiàng)。最小20，最大60

1，2、源端口和目的端口：各占2字節(jié)。
3、序號(hào)：4字節(jié)。范圍是$[0,2^{32}?1]$。在一個(gè)TCP連接中傳送的字節(jié)流中的每一個(gè)字節(jié)都按順序編號(hào)。序號(hào)字段值指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)，也稱(chēng)作“報(bào)文段序號(hào)”
4、確認(rèn)號(hào)：4字節(jié)。期望收到對(duì)方下一個(gè)報(bào)文段的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號(hào)。如B正確收到A發(fā)送的報(bào)文段，序號(hào)字段為501，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為200，則數(shù)據(jù)序號(hào)分別為501~700，表明B正確收到A發(fā)送的到700為止的數(shù)據(jù)，因此B期望收到A的下一個(gè)數(shù)據(jù)序號(hào)為701。

確認(rèn)號(hào)=N，就表明：到序號(hào)N-1為止的所有數(shù)據(jù)都已正確收到

5、數(shù)據(jù)偏移：4位。指出TCP報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離TCP報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)，即指出TCP報(bào)文段的首部長(zhǎng)度。
6、保留，6位。保留為今后使用，目前置為0
7、緊急URG，當(dāng)URG=1，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送（相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)），而不按原先排隊(duì)順序來(lái)傳送。
8、確認(rèn)ACK，僅當(dāng)ACK=1時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效。當(dāng)ACK=0時(shí)，確認(rèn)號(hào)無(wú)效。TCP規(guī)定，連接建立后的所有傳送報(bào)文段都必須把ACK置1。
9、10、復(fù)位RST，當(dāng)RST=1時(shí)，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)，必須釋放連接，然后再重新建立運(yùn)輸連接。RST置1還用了拒絕一個(gè)非法的報(bào)文段或拒絕打開(kāi)一個(gè)連接。
11、同步SYN，連接建立時(shí)用來(lái)同步序號(hào)。SYN=1而ACK=0時(shí)，表明是一個(gè)連接請(qǐng)求報(bào)文段。如果對(duì)方同意建立連接，響應(yīng)報(bào)文段中使SYN=1和ACK=1。所以，SYN置1表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。
12、終止FIN，用來(lái)釋放一個(gè)連接。FIN=1，表示此報(bào)文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接。
13、窗口，2字節(jié)。是$[0,2^{16}?1]$的整數(shù)。指發(fā)送本報(bào)文段的以方的接收窗口。窗口值告訴對(duì)方：從本報(bào)問(wèn)段首部中的確認(rèn)號(hào)算起，接收方目前運(yùn)行對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)量。
14、檢驗(yàn)和，2字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)兩部分。
15、緊急指針，2字節(jié)。僅在URG=1時(shí)才有意義，指出本報(bào)文段中的緊急數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。即使窗口為0也可以發(fā)送緊急數(shù)據(jù)。
16、選項(xiàng)，長(zhǎng)度可變，最大40字節(jié)。

連接管理

三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳送、連接釋放

連接建立

B的TCP服務(wù)器進(jìn)程先創(chuàng)建傳輸控制塊TCB，準(zhǔn)備接受客戶端進(jìn)程的連接請(qǐng)求，然后就處于listen的狀態(tài)。

A的TCP客戶進(jìn)程也是首先創(chuàng)建傳輸控制模塊TCB，然后向B發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文。

TCB(Transmission Control Block)存儲(chǔ)了每一個(gè)連接中的一些重要信息，如：TCP連接表，到發(fā)送和接收緩存的指針，到重傳隊(duì)列的指針，當(dāng)前的發(fā)送和接收序號(hào)等等。

1、A發(fā)送連接請(qǐng)求：SYN=1，選擇一個(gè)初始序號(hào)seq=x
2、B收到連接請(qǐng)求，如同意建立連接，向A發(fā)送確認(rèn)：
SYN=1，ACK=1，seq=y，確認(rèn)號(hào)ack=x+1
3、A收到B的確認(rèn)，向B給出確認(rèn)。ACK=1，確認(rèn)號(hào)ack=y+1，主機(jī)的序號(hào)seq=x+1

連接釋放

1、A的應(yīng)用進(jìn)程先向其TCP發(fā)出連接釋放報(bào)文段，并停止發(fā)送數(shù)據(jù)，主動(dòng)關(guān)閉TCP連接。連接釋放報(bào)文段首部：FIN=1，seq=u，序號(hào)等于前面已傳送過(guò)的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加1。
2、B收到連接釋放報(bào)文段后即發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)號(hào)ack=u+1，seq=v，等于B前面已傳送過(guò)的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加1。
從A到B方向的連接就釋放了

3、A收到B的確認(rèn)后，等待B發(fā)出連接釋放報(bào)文段
B連接釋放報(bào)文段FIN=1，ack=u+1
4、A收到連接釋放報(bào)文段，A確認(rèn)，ACK=1，ack=w+1，seq=u+1

文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-513802.html

到了這里，關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)————運(yùn)輸層的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！