《计算机网络》第5章 运输层

计算机网络(第 5 版)谢希仁 编著电子工业出版社 2008 .1

第 5 章

运输层

(8课时)

第 5 章 运输层

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9

运输层协议概述 用户数据报协议 UDP 传输控制协议 TCP 概述 可靠传输的工作原理 TCP 报文段的首部格式 TCP 可靠传输的实现 TCP的流量控制 TCP 的拥塞控制 TCP 的运输连接管理

2013-10-23

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5.1 运输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面 的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分 的最高层，同时也是用户功能中的最低层。 当网络的边缘部分中的两个主机使用网络的核 心部分的功能进行端到端的通信时，只有位于 网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层，而 网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用 到下三层的功能。

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运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信5 4 3 2 1 IP 层 AP1 AP 2 应用进程 应用进程 端口 运输层提供应用进程间的逻辑通信 端口 AP3 AP4 5 4

32 1

主机 A

主机 B 路由器 1 LAN1 WAN IP 协议的作用范围 运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围 路由器 2 LAN2

AP1 AP2

AP3AP4

应用进程之间的通信

两个主机进行通信——两个主机中的应用进程互相通 信。 应用进程之间的通信又称为“端——端”通信。 运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层 不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再 往下就共用网络层提供的服务。 “逻辑通信”——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。

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运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) TCP 和 UDP 协议的作用范围 (提供进程之间的逻辑通信)2013-10-23 课件改编：肖洪生 6

运输层的主要功能 运输层为应用进程之间提供“端——端”

逻辑通信(网络层是为主机之间提供逻 辑通信)。 运输层还要对收到的报文进行差错检测。 运输层需要有两种不同的运输协议，即 面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。

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两种不同的运输协议

运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节(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。 当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网 络是不可靠的(只提供尽最大努力服

务),但这种逻 辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。 当运输层采用无连接的 UDP 协议时，这种逻辑通信 信道是一条不可靠信道。

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5.1.2 运输层的两个主要协议TCP/IP 的运输层有两个不同的协议： 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)

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TCP 与 UDP

两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议 数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。 TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment) UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。

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TCP/IP 体系中的运输层协议应用层

运输层

UDPIP

TCP

与各种网络接口

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TCP 与 UDP

UDP ——无连接服务在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在 收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 是一种最有 效的工作方式——简单有效、不可靠

TCP ——面向连接的服务TCP 不提供广播或多播服务。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。这不仅使协议数据单元的首部增大很多， 还要占用许多的处理机资源——可靠、复杂效率低

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还要强调两点

运输层的 UDP 用户数据报与网际层的IP数据报有很大 区别。IP 数据报要经过互连网中许多路由器的存储转 发，但 UDP 用户数据报是在运输层的“端——端”抽 象的逻辑信道中传送的。

TCP 报文段是在运输层抽象的端到端逻辑信道中传送， 这种信道是可靠的全双工信道。但这样的信道却不知 道究竟经过了哪些路由器，而这些路由器也根本不知 道上面的运输层是否建立了 TCP 连接。

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5.1.3 运输层的端口

指定一个编号

运行在计算机中的进程是用进程标识符来标志的。 运行在应用层的各种应用进程却不应当让计算机操作系统指 派它的进程标识符。这是因为在因特网上使用的计算机的操 作系统种类很多，而不同的操作系统又使用不同格式的进程 标识符。 为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信， 就必须用统一的方法对 TCP/IP 体系的应用进程进行标志。

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需要解决的问题由于进程的创建和撤销都是动态的，发送方几乎 无法识别其他机器上的进程。 有时我们会改换接收报文的进程，但并不需要通 知所有发送方。 我们往往需要利用目的主机提供的功能来

识别终 点，而不需要知道实现这个功能的进程。

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端口号(protocol port number)解决这个问题的方法就是在运输层使用协议端 口号(protocol port number),或通常简称 为端口(port)。 虽然通信的终点是应用进程，但我们可以把端 口想象是通信的终点，因为我们只要把要传送 的报文交到目的主机的某一个合适的目的端口， 剩下的工作(即最后交付目的进程)就由 TCP 来完成。

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