计算机网络：传输层——多路复用与解复用

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前言

发送方法，接收方多路复用原理、UDP和TCP多路解复用。。

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一、Socket（套接字）

一些名词：

传输层和应用层之间提供服务是如何

• 位置：层间界面的SAP ( TCP/IP: socket)
• 形式：应用程序接口API ( TCP/IP : socket API)

传输层提供的服务——需要穿过层间的信息：

• 层间接口必须要携带的信息
  • 要传输的报文（对于本层来说:SDU）
  • 谁传的：对方的应用进程的标示:IP+TCP(UDP)端口
  • 传给谁：对方的应用进程的标示:对方的IP+TCP(UDP)端口号
• 传输层实体（tcp或者udp实体）根据这些信息进行TCP报文段（UDP数据报）的封装
  • 源端口号，目标端口号，数据等
  • 将IP地址往下交IP实体，用于封装IP数据报：源IP,目标IP

传输层提供的服务——层间信息的代表：

• 如果Socket APT每次传输报文，都携带如此多的信息，太繁琐易错，不便于管理
• 用个代号标示通信的双方或者单方：socket
• 就像OS打开文件返回的句柄一样
  • 对句柄的操作，就是对文件的操作
• TCP socket：
  • TCP服务，两个进程之间的通信需要之前要建立连接
    • 两个进程通信会持续一段时间，通信关系稳定
  • 可以用一个整数表示两个应用实体之间的通信关系，本地标示
  • 使穿过层间接口的信息量最小
  • TCP socket：源IP,源端口，目标IP，目标IP,目标端口
  • 总而言之：Tcp socket是本地端口和目标端口的一个标识，与端口号的概念不同，便于管理，使穿过层级的信息量减少，tcp socket利用四元组的形式来标识端口：源ip，源端口，目标ip，目标端口。
  • 是本地应用层和传输层的约定，只有他俩自己知道。

TCP之上的套接字（socket）：

• 对于使用面向连接服务(TCP）的应用而言，套接字是4元组的一个具有本地意义的标示
  • 4元组：(源IP，源port，目标IP，目标port)
  • 唯一的指定了一个会话（2个进程之间的会话关系)o应用使用这个标示，与远程的应用进程通信
  • 不必在每一个报文的发送都要指定这4元组
  • 就像使用操作系统打开一个文件，OS返回一个文件句柄一样，以后使用这个文件句柄，而不是使用这个文件的目录名、文件名
  • 简单，便于管理

传输层提供服务——层间信息代表：

• UDP socket：
  • UDP服务，两个进程之间的通信需要之前无需建立连接
    • 每个报文都是独立传输的
    • 前后报文可能给不同的分布式进程
  • 因此，只能用一个整数表示本应用实体的标示
    • 因为这个报文可能传给另外一个分布式进程
  • 穿过层间接口的信息大小最小
  • UDP socket：本IP,本端口
  • 但是传输报文时：必须要提供对方IP，port
    • 接收报文时：传输层需要上传对方的IP，port

UDP之上的套接字（socket）：

• 对于使用无连接服务（UDP）的应用而言，套接字是2元组的一个具有本地意义的标示
  • 2元组：IP，port(源端指定〉
  • UDP套接字指定了应用所在的一个端节点（end point)
  • 在发送数据报时，采用创建好的本地套接字（标示ID），就不必在发送每个报文中指明自己所采用的ip和port
  • 但是在发送报文时，必须要指定对方的ip和udp port(另外一个段节点)

套接字（socket）：

• 进程向套接字发送报文或从套接字接收报文
• 套接字<–>门户
  • 发送进程将报文推出门户，发送进程依赖于传输层设施在另外一侧的门将报文交付给接受进程
  • 接收进程从另外一端的门户收到报文（依赖于传输层设施）

二、多路复用/解复用

发送方主机多路复用

• 从多个套接字接收来自多个进程的报文，根据套接字对应的IP地址和端口号等信息对报文段用头部加以封装（该头部信息用于以后的解复用）

接收方主机多路解复用

• 根据报文段的头部信息中的IP地址和端口号将接收到的报文段发给正确的套接字(和对应的应用进程)

三、多路解复用

（1）多路解复用原理

• 解复用作用：TCP或者UDP实体采用哪些信息，将报文段的数据部分交给正确的socket，从而交给正确的进程
• 主机收到IP数据报
  • 每个数据报有源IP地址和目标地址
  • 每个数据报承载一个传输层报文段
  • 每个报文段有一个源端口号和目标端口号(特定应用有著名的端口号)
• 主机联合使用P地址和端口号将报文段发送给合适的套接字

（2）无连接（UDP）多路解复用

• 服务器端和客户端都会创建套接字
• 在接收端，UDP套接字用二元组标识(目标IP地址、目标端口号)
• 当主机收到UDP报文段：
  • 检查报文段的目标端口号
  • 用该端口号将报文段定位给套接字
• 如果两个不同源IP地址/源端口号的数据报，但是有相同的目标IP地址和端口号，则被定位到相同的套接字

例子：

（3）面向连接（TCP）的多路解复用

• TCP套接字：（四元组本地标识）
  • 源IP地址
  • 源端口号
  • 目的IP地址
  • 目的端口号
• 解复用：接收主机用这四个值来将数据报定位到合适的套接字
• 服务器能够在一个TCP端口上同时支持多个TCP套接字：
  • 每个套接字由其四元组标识（有不同的源IP和源PORT）
  • Web服务器对每个连接客户端有不同的套接字
    • 非持久对每个请求有不同的套接字

例子：
主机上的多进程（多个应用）

主机一个进程上（同一个应用）的多线程

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总结

无论是TCP还是UDP，Soket套接字就是本地的标识，都是为了每次传输的层间信息减少，所以在各自本地创建的一种类似于关系记录表的东西，发送方传输时，将源IP、源端口（和目标IP、目标端口）信息封装（复用）成socket（一个整数，如4499），这样应用层到传输层之间的传输用整数传输代表这些信息，传输层收到这个socket自己找本地的关系去查看获取这些信息（ip，端口），根据套接字对应的IP地址和端口号等信息对报文段用头部加以封装；在接收方，传输层到应用层之间用传输层封装的socket传输，进行解复用，根据ip，端口信息将接收到的报文段发给正确的套接字(和对应的应用进程)。