计算机网络学习笔记-传输层

目录​​​​​​​

概述

与网络层的区别

端口号

概述

分类

重要功能：复用+分用

两个重要协议：UDP+TCP

UDP用户数据报协议

概述

主要特点

首部格式

TCP传输控制协议

主要特点

首部格式

运输连接管理

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概述

• 运输层提供应用进程间的逻辑通信
• 通信的真正实体是位于通信两端主机间的进程

与网络层的区别

网络层：为主机之间的通信提供服务

运输层：在网络层的基础上，为应用进程之间的通信提供服务

端口号

概述

端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。

传输层协议中端口号占16位

ps：两个计算机中的进程要互相通信，不仅必须知道对方的 IP 地址（为了找到对方的计算机），而且还要知道对方的端口号（为了找到对方计算机中的应用进程）

分类

(1) 服务器端使用的端口号

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

(2) 客户端使用的端口号（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。

重要功能：复用+分用

• 复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网络层。
• 分用：传输层从网络层收到数据后交付指明的应用进程。

两个重要协议：UDP+TCP

UDP用户数据报协议

概述

UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能：差错检测

主要特点

1. UDP 是无连接的，发送数据之前不需要建立连接，因此减少了开销和发送数据之前的时延
2. UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表
3. UDP 是面向报文的。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。UDP 一次交付一个完整的报文
4. 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。这对某些实时应用是很重要的。很适合多媒体通信的要求
5.  UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
6. UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短

首部格式

1.  源端口（2B）：源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0
2. 目的端口（2B）：目的端口号。这在终点交付报文时必须使用
3. 长度（2B）：UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）
4. 检验和（2B）：检测UDP用户数据报在传输过程中是否出错
    

TCP传输控制协议

主要特点

1. TCP 是面向连接的运输层协议。 每一条 TCP 连接只能有两个端点 （套接字 (socket) 或插口），每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
2. TCP 提供可靠交付的服务。
3. TCP 提供全双工通信。
4. 面向字节流

面向字节流：

ps：TCP协议不知道应用层报文下发的字节流的含义。

ps：端口号拼接到 IP 地址即构成了套接字

首部格式

 

 TCP 首部的最小长度是 20 字节

1. 源端口和目的端口字段：各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。  
2. 序号字段：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。
3. 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。
4. 数据偏移（即首部长度）：占 4 位，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位）。  
5. 保留字段：占 6 位，保留为今后使用，但目前应置为 0
6. 紧急 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)
7. 确认 ACK：只有当 ACK=1时确认号字段才有效。当 ACK=0时，确认号无效。
8. 推送 PSH (PuSH) ：接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付
9. 复位 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。
10. 同步 SYN ：同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文
11. 终止 FIN (FINish)：用来释放一个连接。FIN =1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接
12. 窗口字段 ：占 2 字节，用来让对方设置发送窗口的依据，单位为字节
13. 检验和：占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部
14. 紧急指针字段：占 16 位，指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）
15. 选项字段：长度可变。TCP 最初只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS。MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”

运输连接管理

3个阶段：建立连接、数据传送、释放连接

TCP 连接的建立采用客户服务器方式 ：主动发起连接建立的应用进程叫做客户，被动等待连接建立的应用进程叫做服务器

建立连接过程：握手(采用三报文握手)

第一次握手：SYN = 1  ACK = 1

第二次握手：ACK = 1

第三次握手：SYN = 1

连接释放过程：采用四报文握手

第一次握手：FIN = 1 

第二次握手：ACK=1

第三次握手：FIN = 1  ACK = 1

第四次握手：ACK = 1