运输层

《计算机网络技术》课程作业参考答案第五章运输层5.1 试说明运输层在协议栈中的地位和作用。

运输层的通信和网络层的通信有什么重要的区别？为什么运输层是必不可少的？答案：（1）运输层是ＯＳＩ七层模型中最重要最关键的一层，是唯一负责总体数据传输和控制的一层。

运输层要达到两个主要目的：第一提供可靠的端到端的通信；第二，向会话层提供独立于网络的运输服务。

在讨论为实现这两个目标所应具有的功能之前，先考察一下运输层所处的地位。

首先，运输层之上的会话层、表示层及应用层均不包含任何数据传输的功能，而网络层又不一定需要保证发送站的数据可靠地送至目的站；其次，会话层不必考虑实际网络的结构、属性、连接方式等实现的细节。

根据运输层在七层模型中的目的和地位，它的主要功能是对一个进行的对话或连接提供可靠的传输服务；在通向网络的单一物理连接上实现该连接的利用复用；在单一连接上进行端到端的序号及流量控制；进行端到端的差错控制及恢复；提供运输层的其它服务等。

运输层反映并扩展了网络层子系统的服务功能，并通过运输层地址提供给高层用户传输数据的通信端口，使系统间高层资源的共享不必考虑数据通信方面的问题。

（2）运输层提供应用进程间的逻辑通信，也就是说，运输层之间的通信并不是真正在两个运输层之间直接传送数据。

运输层向应用层屏蔽了下面网络的细节（如网络拓扑、所采用的路由选择协议等），它使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

网络层为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

（3）运输层的最终目标是为用户提供有效、可靠和价格合理的服务。

在一个系统中，运输实体通过网络服务与其它运输实体通信，向运输层用户（可以是应用进程，也可以是会话层协议）提供运输服务。

运输层的服务包括的内容有：服务的类型、服务的等级、数据运输、用户接口、连接管理、快速数据运输、状态报告、安全保密等。

因此，运输层是必不可少的。

五层协议体系结构每层的功能
具有五层协议的网络体系结构，从高层到底层分别是应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。

各层的主要功能如下：（1）应用层：功能是确定进程之间的通信性质以满足用户的需要，即解决要做什么的问题。

（2）运输层：功能是使源端和目的端的主机上的对等实体可以进行会话，即解决对方在何处的问题。

运输层只能存在于分组交换网外面的主机之中，运输层以上的各层就不再关心信息传输的问题了。

（3）网络层：功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同的网络），即解决走哪条路径的问题。

在发送数据时，网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。

（4）数据链路层：功能是使物理层对网络层呈现为一条无错线路，即解决下一步怎么走的问题。

发送数据时，数据链路层的任务是将由网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送以帧为单位的数据。

每一帧包括数据和必要的控制信息。

如发现有差错，数据链路层就丢弃这个出了差错的帧，然后采取下面两种方法之一：或者不作任何其他的处理；或者由数据链路层通知对方重传这一帧，直到正确无误地收到此帧为止。

（5）物理层：功能是透明地传送比特流。

物理层上传送的数据单位是比特。

物理层要考虑用多大的电压代表“1”或
“0”，以及当发送端发出比特“1”时，在接收端如何识别出这是比特“1”而不是比特“0”；一个比特维持多少微秒；传输是否在两个方向上同时进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止。

物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根腿以及各个腿应如何连接。

局域网 路由器
Internet 路由器
局域网
应用进程之间的通信



“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。 我们在学习传输层时，暂不考虑传输层以下的 层次，可以认为传输层数据能够“水平”地到 达目的地的传输层。 这样直接考虑实体之间的“水平”通信，可以 简化问题。
端口机制的工作原理：
AP1
AP2
AP3
AP4
Data1
Data2
Data1
Data2
H port1 port2 运输层协议
Data2
H
Data1 port3 port4 运输层协议
AP1将要Data1发给AP4，AP2将要Data2发给AP3。传输层要 在Data1和Data2前面添加传输层首部，封装Data1的首部H中， 源端口是port1,目的端口是port4 这样，接收方收到后根据目的端口，就能将Data1正确地交 给AP4。
运输层为应用进程提供逻辑通道。将两个应用进程连接 起来，即便这两个应用进程运行在不同的主机上，并且 两个主机之间还可能间隔着许多网络。

对于应用进程AP1和AP2，两台主机的传输层它们为建 立了一条逻辑通道，它们的数据可以通过这个通道直接 到达对方。
应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 AP1 逻辑通道 运输层 网络层 数据链路层 物理层 AP2 应用层
下图是使用协议分析软件捕获的UDP报文：
这个UDP报文封装的应用层协议数据是DNS请求报文，内 容是询问DNS服务器对应的IP地址
见备注
UDP的差错检测

运输层协议运输层协议是计算机网络中负责在网络中的不同主机之间提供端到端通信的协议层。

它位于网络层之上，应用层之下，是OSI模型中的第四层。

运输层协议主要负责确保数据的可靠传输，并且提供流量控制和拥塞控制等服务。

### 主要功能1. 数据传输：运输层协议负责将应用层的数据分割成合适的大小，然后通过网络层发送到目的地。

2. 错误检测与纠正：通过使用校验和等机制，运输层协议能够检测数据在传输过程中的错误，并采取适当的措施来纠正这些错误。

3. 流量控制：确保发送方不会发送数据过快，导致接收方无法处理。

4. 拥塞控制：在网络拥塞时，控制数据的发送速率，以避免网络过载。

5. 多路复用：允许多个应用程序同时使用运输层协议进行数据传输。

### 主要协议运输层有两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。

- TCP（Transmission Control Protocol）：- 提供面向连接、可靠的字节流服务。

- 使用三次握手建立连接，四次挥手结束连接。

- 具有超时重传、流量控制（如滑动窗口机制）和拥塞控制等特性。

- UDP（User Datagram Protocol）：- 提供无连接服务，不保证数据的可靠性。

- 数据传输速度快，适用于实时应用，如视频会议和在线游戏。

- 没有建立连接的过程，也没有超时重传机制。

### 应用场景- TCP：适用于需要可靠传输的应用，如Web浏览（HTTP）、文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）等。

- UDP：适用于对实时性要求较高的应用，如VoIP、在线游戏、DNS查询等。

### 端口号运输层协议通过端口号来区分不同的应用程序和服务。

端口号是一个16位的数字，范围从0到65535。

其中，0到1023是众所周知的端口号，通常被分配给常用服务；1024到49151是注册端口号，可以由用户或应用程序用于特定服务；49152到65535是动态或私有端口号。

### 总结运输层协议是网络通信中不可或缺的一部分，它确保了数据能够在网络中的不同主机之间可靠、有效地传输。