通信网络_8_传输层技术-讲义

传输层的基本功能（续）
对用户请求的响应

包括对发送和接收数据请求的响应，以及特定请求的响应，如用 户可能要求高吞吐率、低延迟或可靠的服务。
建立无连接或面向连接的通信

TCP/IP 协议的TCP 提供面向连接的传输层服务，UDP 则提供无 连接的传输层服务。
传输层与其上下层之间的关系 的 OSI 表示法

传输层通过扩展网络层服务功能，并通过传输层与高层之间的服 务接口向高层提供了端到端结点之间的可靠数据传输，从而使系 统之间实现高层资源的共享时不必再考虑数据通信方面的问题。 传输层中完成相应功能的硬件与（或）软件被称为传输实体，其 可能位于在操作系统内核中、用户进程内、网络应用程序库中或 网络接口卡上。 在一个系统中，传输实体通过网络服务与其他对等的传输实体通 信，进而向传输层用户（可以是应用进程，也可以是会话层协议 ）提供传输服务。

？
数据
全双工可靠信道
不可靠信道
使用 TCP 协议
使用 UDP 协议
传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道
传输层的新概念与新机制
网络进程标识

在单机上，为了区别不同的进程，采用进程标识或进程号 （Process ID）来唯一地标识进程。但是在网络环境中，这种由主 机各自独立分配的进程号已经不能明确地标识进程了。在网络环境 中，完整的进程标识需要这样的一种形式：源主机地址+源进程标 识，目标主机地址+目标进程标识。
AP1 AP2
AP3
AP4
传输层协议和网络层协议 的主要区别
应用进程 应用进程

… 因 特 网

…
IP 协议的作用范围 （提供主机之间的逻辑通信）

主机 A
主机 B
源端口
1028 80 …
目的端口
TCP 头部
TCP三次握手
Host A
1
发送 SYN (seq=100 ctl=SYN)
接收 SYN
3
建立会话 (seq=101 ack=301 ctl=ack)
Host B
接收 SYN
发送 SYN, ACK 2
(seq=300 ack=101 ctl=syn,ack)
谢谢聆听！
TCP连接建立
TCP序列号和确认号
源端口 目标端口
序列号 #
确认号 #
…
我发送 #10.
Source Dest Seq Ack 1028 23 10 1
10比特数据
TCP序列号和确认号
源端口 目标端口
序列号 #
确认号 #
…
我发送 #10.
Source Dest Seq Ack 1028 23 10 1
网络技术基础培训材料
THale Waihona Puke P/IP传输层技术传输层确认和重传：当TCP发 出一个报文段后，它启 动一个定时器，等待目 的端确认收到这个报文 段。如果不能及时收到 一个确认，将重发这个 报文段； 传 的 据 送排 程 的 数 序 后 用为 数 收 冲 用 源 前 接 也 要输 实 报 的会 分 流的序 数 据 以中 程可 序 务了 据 能 区 窗 节 ， ， 就层 际 文 数话 段 量：数据 先 正有 序以 会需 如防 时 力 产 口 点 没会 装 切 据复 控在 。据后 到 确可同 话要 果止 不 而 生 机 在 有根 载 割 段用 制网重到 ， 的能时 提和 建发 顾 使 溢 制 开 发据 能 成T络新， 顺造为 供目 立送 接 接 出 始 送来下 力 最C传进后序成多 端的方收收，发数实不P层，适会输行发交先个到在方方送建据T现成协将合C对的排送给发应端发的的数立的功流议数发P失过序的应送用的采送接缓据连必，控程服

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v UDP格式 ① 伪首部：真首部只包含端口号。但在计算检验和 时，用的是IP地址＋端口号。 ② 检错方法：IP数据报所用的方法相似即检验和 ③ 检验范围：首部＋数据 ④ 差错处理由上层保证，但常常被忽略，所以仅在 LAN上工作得很好 ⑤ 无序号（？）
可见用户数据报协议UDP只在IP的数据报服务之上增
5
6
（4）多次重传时延 Kam算法:报文段每重传一次，就将重传时间增大一些: 新的重传时间=γ(旧的重传时间） 这里系数γ的典型值是2。
31
8.8 TCP报文段的格式
TCP首部最小长度是20字节。固定部分各字段的意义如下: v 源端口和目的端口各占2个字节。16bit的端口号加上32bit
的IP地址，构成了相当于运输层服务访问点TSAP的地址 (总共是48bit)。 v 序号占4字节，是本报文段所发送的数据部分第一个字节 的序号。 由于序号字段有32bit，可对4GB(即4干兆字节)的数据进 行编号。这样就可保证当序号重复使用时，旧序号的数 据早已在网络中消失了。
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8.3 UDP协议
v UDP协议的用途 （1）发送数据之前不需要建立连接(当然发送数据结束时
也没有连接需要释放)，因而减少了开销和发送数据之 前的时延。 （2）UDP没有拥塞控制，也不保证可靠交付，因此主机 不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态表。 （3）UDP用户数据报只有8个字节的首部开销，比TCP 的20个字节的首部要短。 （4）由于UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会 使源主机的发送速率降低。
u 选项 长度可变。TCP只规定了一种选项，即最大报 文段长度MSS(Maximum SegmentSize)。MSS告诉对 方的TCP:"我的缓存所能接收的报文段的最大长度是 MSS。

2.登记端口号，数值为1024~49151。此类端口号是供没有熟 知端口号的应用程序使用的。使用此类端口号必须在 IANA 按照规定的手续登记，以免重复。
8.1.4 传输层的端口
端口的两大类型
客户端使用的口号(或称临时端口号)。数值为49152~65535。此类端口供客户进 程运行时随时分配给请求通信的客户进程暂时使用。
2 面向连接的传输控制协议TCP
8.1.2 传输层的协议
UDP：一种无连接协议 提供无连接服务。 在传送数据之前不需要先建立连接。 传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报。 对方的传输输层在收到UDP报文后,不需要给出任何确认。
8.1.2 传输层的协议
TCP：一种面向连接的协议 提供面向连接的服务。 传送的数据单位协议是TCP报文段。 由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务， 因此不可避免地增加了许多的开销，还要占用更多的处理机资源。
8.1.1 传输层的基本功能
传输层的功能
在一台主机中经常有多个应用进程同时分别和另一台主机中的多个应用进程通信。 这表明传输层有一个很重要的功能——复用和分用。 传输层还必须具有流量控制、拥塞控制和差错控制等功能。
8.1.2 传输层的协议
根据应用程序的不同需求，传输层需要有两种不同的传输协议：
1 无连接的用户数据报协议UDP
8.1.3 传输层的服务
传输服务是通过执行传输服务原语来实现的。各种原语有着不同的参数，如被地址、主叫地 址、确认、加速数据选择、服务质量、响应地址、用户数据、释放原因等。
8.1.4 传输层的端口
传输层提供了进程间 (即端到端)通信的能力，运行在计算机中的进程是用进程标 识符来标志的。
8.1.4 传输层的端口
体交互时的层间接口。 在因特网中不同计算机的端口号是没有关联的，各台计算机允许使用相同的端口号。

2020/7/9 放连接。
三次握手连 接释放的四
种情况
2020/7/9
流量控制和缓冲策略
• 传输层虽然和数据链路层一样都采用了滑动窗 口协议等机制来实现流量控制，但由于传输层 上（主机）的连接数多且不定，而中间通信子 网的传输能力有限，不可能为每条连接分配固 定数量的缓冲区。
• 由于发送流量涉及到接收端的接收能力和通信 子网的传输能力，因此必须从这两个方面来讨 论传输层上的流量控制。
• 连接建立后，双方都可使用SEND和RECEIVE在已有的连接上 发送和接收数据。
• 连接的释放是对称的，当双方都执行了CLOSE后，连接即被释 2020/7/9 放。
面向连 接的套 接字通 信示意
图
2020/7/9
receive() send()
send() receive()
传输协议
• 传输层协议和数据链路层协议非常相似，都必 须进行顺序控制、差错控制、流量控制等工作 。
2020/7/9
时间和初始序号之间的线性关系
2020/7/9
4. 基于时钟的方法解决了数据TPDU的延迟重发问题， 其前提条件是双方已建立了传输连接，知道对方的初 始序号。但由于控制TPDU也会延迟，造成建立传输 连接的复杂。可采用三次握手（three-way handshake）的方法加以解决。
2. 限制分组的寿命：为每个分组设置一个寿命域（计 数器），每隔一定的时间寿命减1，减至0时就丢 弃分组。可以设定一个时间T（根据不同的协议， 为分组最大寿命的若干倍），当一个分组发送后， 经时间T，所有和该分组有关的分组就全不存在了 ，这大大简化了问题。
3. 为每台主机设置一个一直运转的计时时钟（二进制 计数器，位数足够大），每隔一定时间加1，当建 立连接时，用时钟的低k位作为本连接的初始序号 。此后的发送序号按序递增，不再参考计数器值， 但发送序号不能进入禁止区。

第08章
TCP/IP的传输层
主要内容
传输层是用户设备为上层应用提供分段 功能，并且对下层来的数据进行重组。 传输层的数据流是在源和目的之间的一 个逻辑连接。 TCP UDP
TCP协议
TCP 一种面向连接可靠的协议；通过滑动窗口提 供流控制，通过序列号和确认提供可靠性。 TCP重发一切没有收到的数据，在通讯的两 端提供一条虚拟线路。TCP的优势在于为段 的可靠传播提供了保证。
Host B
SYN received
Send SYN, ACK 2
(seq=300 ack=101 ctl=syn,ack)
确认与重传
肯定确认与重传PAR（Positive acknowledgment and retransmission）是许多协议提供可靠性的 常用技术。在PAR中，源端发出一个包，启动一个 定时器，在下一个包发出前等待确认的到来。如 果在收到确认之前定时器超时，则源端回重发这 个包，也重新启动定时器。
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。02:2 2:2602: 22:260 2:22Monday, N，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 1.2320. 11.230 2:22:26 02:22:2 6November 23, 2020
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
TCP的报文格式
源端 目的 序号 确认 报头 保留 编码 窗口 校验 紧急 选项 数据
口 端口
号 长度 域 位
和 指针
➢ source port – 源端口 ➢ destination port – 目的端口 ➢ sequence number – 用来保证数据顺序到达的号码 ➢ acknowledgment number － 期望收到的下一个TCP段 ➢ HLEN – 报头中32-bit 的数目 ➢ reserved – 设为0 ➢ code bits – 用于控制(比如：建立或终止一个会话) ➢ window – 发送方愿意接受的Byte数目 ➢ checksum – 报头和数据域的校验 ➢ urgent pointer – 指向紧急数据的末端 ➢ option – 目前有一个被定义：最大TCP段大小 ➢ data – 上层协议数据

➢ 传输层的协议数据单元TPDU，传输实体接收来自应用 层的数据，加上传输层报头，得到TPDU。
简单连接管理状态图
一套传输原语 — Berkeley Sockets
➢ 连接释放是对称的。
举例：传输服务的实现
➢ 一个本地的应用程序和几个远程应用程序利用面向连接的传输层服务完成 通信的操作过程如下。
接请求。 ➢ A 发出序号为X的第一个数据DATA，并确认B的序号为Y的接受连接确认。
连接请求
CR(seq=x)
接)
发送数据，回送确认
DATA(seq=x, ACK=y)
连接成功!
主机A
主机B
重复的CR
➢ 如果出现了重复的建立连接请求CR的情况，三次握手 可以很好的解决。
➢ 蓝兵穿越白军防地是不可靠通信。 ➢ 蓝军2不知道蓝军1是否收到确认，不能贸然行动。 ➢ 即使采用三次握手释放连接，也会出现最后的确认丢失，应
答TPDU丢失、应答及后续释放请求丢失的情况。 ➢ 没有一个满意的解决问题的方法。
三次握手 + 定时器的方法释放连接
➢ 在实际的通信过程中，使用三次握手 + 定时器的方法 释放连接，在绝大多数情况下是成功的。
➢ 解决延迟重复分组的关键是丢弃过时的分组，可用如 下方法：
➢ 非重复的TSAP ➢ 过时连接表 ➢ 分组的TTL机制 ➢ 三次握手机制
非重复的TSAP
➢ 原理
➢ 废弃使用过的传输地址。
➢ 方法
➢ 系统为每次的传输连接赋予一个新的传输地址。 ➢ 当此连接被释放的时候，此传输地址就被废弃了。
➢ 缺点
➢ 缺点
➢ 消除重复连接请求依赖通信子网完成。 ➢ 不能避免网络层分组传输的不可靠性。

• 从这个意义上讲，端口是用来标识应用 进程。
2020/2/8
17
基于端口的进程间通信
发送方
应用进程
应 用 层


端口
传
输
TCP 复用
UDP 复用
层
TCP 数据段
UDP 用户数据报
网
络
IP 复用
层
2020/2/8
IP 分组
接收方
应用进程

端口
TCP 解复用
UDP 解复用
TCP 数据段
• 两个对等传输实体在通信时传送的数据单位称 为传输协议数据单元（TPDU： Transport Protocol Data Unit）
• 在UDP中，TPDU称为数据报(datagram)TCP 中，TPDU称为TCP数据段(segment)
2020/2/8
15
UDP与TCP
• UDP提供无连接的服务，在传送数据之前不需 要先建立连接。对方的传输层在收到 UDP数 据报后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不 提供可靠投递，但在某些情况下 UDP 是一种 最简单有效的工作方式。例如视频点播等实时 应用常使用UDP
• URG
– 指示紧急指针有效.
• ACK
– 指示确认段有效
• PSH
– Push 操作，置1时，即将本段 迅速发送
• RST
– 重新连接.
• SYN
– 同步序列号，用于建立连接
• FIN
–
发送方已发送完数据，用于释 放连接
2020/2/8
29
TCP Segment Format
• 窗口大小（Window size）
• 传输层是整个协议 physical 层次结构的核心，

计算机网络教学资料
计算机网络是信息通信技术发展的产物。通过网络，不同计算机之间的数据、 信息、文本、图像、音像、视频等数据都可以在网络下进行传输。
传输层介绍
用途
为应用进程提供可靠或不可靠的数据传输服务
技术
多路复用/分用
协议
TCP/UDP
层级
OSI模型的第4层
传输层概述
网络信号
传输层利用支持信号传输的硬件 设备
要求速度优先而不是数据完整性，延迟
敏感的应用。
传输层功能
1 分段
将应用层数据拆分成适合网络传输的数据段。
2 传输控制
保证数据传输的可靠性、安全性和完整性。
3 差错检测
对传输数据进行校验和验证，减少数据损坏和丢失的可能性。
传输层的特点
自适应
能够根据网络状况自适应地调整 传输速率和拥塞控制等。
面向连接
数据传输
传输层通过以流或报文为单位传 输数据
数据加密
传输层可以对数据进行加密，以 增加网络安全
传输层协议
1
TCP/IP
面向连接的、可靠的、基于字节的协议，
UDP
2
用于在IP网络上传输应用程序的数据。常 用于文件传输、电子邮件、远程登录等。
无连接的、不可靠的传输协议。常用于
实时应用程序，如视频流和语音通信，
拥塞控制
根据网络环境的变化，自适应地控制传 输速率，保证网络的稳定性。
U D P 协议
无连接
不需要建立连接，直接发送数据。
轻量级
UDP头固定，消息体灵活，占用网络资源小。
不可靠
不提供数据传输可靠性的保证，会导致部分数据 丢失。
快速性
因为是无连接、不可靠的协议，数据传输速度快。

传输层功能
传输层的主要功能包括流量控制、拥塞控制和差错控制，以确保数据在网络中的可靠传输 。
网络层
网络层概述
网络层是通信网络中的 核心层次，负责数据的 路由和转发，确保数据 能够从源节点传输到目 的节点。
网络层协议
网络层协议主要包括IP （互联网协议）和 ICMP（互联网控制消 息协议）。IP协议用于 路由和转发数据； ICMP协议用于在IP主机 和路由器之间传递控制 消息。
FTP协议主要用于文件上传和下载，以及Web网 站的维护和管理。
04
通信网络的传输介质
有线传输介质之一，由两根绝缘的铜线相互缠 绕而成，具有价格便宜、安装方便等优点，但传输距离较短 ，带宽有限。
同轴电缆
同轴电缆常用于电视信号和宽带网络的传输，由内导体、绝 缘层和外部的网状屏蔽层组成，具有较好的抗干扰能力和较 长的传输距离。
物理层功能
物理层的主要功能包括建立物理连接、传输数据比特流以及控制物理参数，如信号电平 、数据速率等。
03
通信网络的协议与标准
TCP/IP协议族
01
TCP/IP协议族是互联网的基础， 它包括传输控制协议（TCP）和 网际协议（IP）。
02
TCP负责数据的可靠传输，IP负 责数据的路由。
TCP/IP协议族是分层结构的，包 括应用层、传输层、网络层和链 路层。
通信网络可以覆盖全球或特定区域，实现 跨地域的信息传输。
传输速度快
实时性高
通信网络采用先进的技术和设备，能够快 速传输各种形式的信息。
通信网络能够实时传输语音、视频等多媒 体信息，满足用户即时通信的需求。
通信网络的重要性
促进信息交流
通信网络为人们提供了便捷、高效的信息交流方式，使得不同地 区、不同行业的人们能够快速获取和分享信息。