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计算机网络第四章传输层

计算机网络第四章传输层：概述、进程通信和端口号、TCP协议、UDP协议、IPv6协议

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编辑于2020-05-20 15:15:51

传输层

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蒋龙

传输层

概述

任务

为不同主机上的应用进程提供直接的通信服务

作用

向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节

协议

面向连接的TCP

无连接的UDP

进程通信和端口号

进程通信

TCP

UDP

端口号

实现分布式进程通信的问题

进程标识

多重协议识别

数据范围

0-65535之间整数

类型

熟知端口号

0-1023

TCP/UDP给每种标准的Internet服务器进程分配的一个确定的全局端口号

由IANA统一分配

UDP常用

端口号

服务进程

说明

DNS

域名服务

67/68

DHCP

动态主机配置协议

TFTP

简单文件传送协议

161/162

SNMP

简单网络管理协议

520

RIP

路由信息协议

TCP常用

FTP

文件传输协议（数据连接）

FTP

文件传输协议（控制连接）

TELNET

网络虚拟终端协议

SMTP

简单邮件传输协议

HTTP

超文本传输协议

179

BGP

边界路由协议

注册端口号

1024-49151

为新开发的网络应用程序再IANA登记一个注册端口号

动态端口号

49152-65535

由TCP/UDP软件随机选取

只对一次进程通信有效

作用

标识本计算机应用层各进程

复用和分用

复用：发送方

分用：接收方

UDP、TCP

TCP协议

特点

支持面向连接的传输服务

支持全双工通信

支持同时建立多个并发的TCP连接

支持可靠的传输服务

支持字节流的传输

仅支持单播

报文段格式

源端口和目的端口

各2字节

序号seq

4字节

本报文所发送数据的第一个字节的序号

确认号ack

4字节

欲收到下一报文的数据的第一字节的序号

数据偏移

4字节

首部长度

保留字段

6字节

置0

紧急URG

URG=1时，此报文优先传送

确认ACK

ACK=1时，确认号字段有效

推送PSH

PSH=1时，尽快交付应用进程，无需等缓存填满

复位RST

RST=1时

TCP连接出错，释放再重新建立连接

拒绝非法TCP报文或拒绝释放一个连接

同步SYN

SYN=1时，表明这是一个连接请求或连接接受报文

终止FIN

FIN=1时，此报文发送端的数据已发送完毕，要求释放运输连接

窗口

2字节

让对方设置发送窗口的依据

检验和

2字节

包括首部和数据

计算时，要在TCP报文钱加12字节的伪首部

紧急指针

16字节

指出本报文种紧急数据共有多少个字节

紧急数据需放在本报文数据的最前面

选项

长度可变，最大40字节

填充

把选项字段填充成4字节的整数倍

连接和释放

连接三次握手

-> SYN=1,ACK=0,seq=a

<- SYN=1,ACK=1,seq=b,ack=a+1

请求和接受

-> ACK=1,seq=a+1,ack=b+1

对接受的确认

释放四次握手

-> FIN=1,ACK=1,seq=m,ack=n

请求释放连接

<- ACK=1,seq=n,ack=m+1

同意释放，对请求确认

<- FIN=1,ACK=1,seq=x,ack=m+1

传送剩余数据，对请求确认，并请求释放连接

-> ACK=1,seq=m+1,ack=x+1

同意释放，对请求确认

数据传输和流量控制

选择重传策略

拉回重传

选择重传

传输过程

通过确认重传机制保证数据可靠性

流量控制

通过滑动窗口机制进行流量控制

利用接收窗口的大小来限制发送窗口的大小。

发送方收到零窗口通知后，使用坚持计时器

四类计时器

重传计时器

接受报文的确认的等待时间

坚持计时器

发送方接收到窗口为0的确认时启动

计时结束，发送探测报文，提示接收端非0窗口通知丢失，需重传

若还未收到通知，重复发送探测报文

保活计时器

防止两个TCP的连接处于长期空闲

时间等待计时器

同意释放连接时启动

使连接处于一种过度状态

时间通常为两个报文段

可靠传输

以字节为单位的滑动窗口

发送方未收到确认时,可将发送窗口内还未发送的数据全部发送出去

接收方只接收序号落入发送窗口内的数据

发送方和接收方的窗口不总是一样大

网络传送窗口有一定滞后,且时间不确定

发送方可能据网络拥塞情况减小发送窗口尺寸

无明确规定如何处理不按序到达的数据

若一律丢弃,发送方会重复传送较多的数据

通常先存放在接收窗口中,等缺少的字节收到后,再按序交付上层的应用进程

接收方必须有累积确认和捎带确认机制

接收方不应过分推迟发送确认,否则会导致不必要的超时重传

TCP标准规定,确认推迟不应超过0.5秒,若收到一连串有最大长度的报文段,必须隔一个报文段发送一个确认[RFC 1122]

捎带确认实际上并不经常发生,因为大多数应用程序很少同时在两个方向上发送数据

TCP的通信是全双工通信

双方都在发送和接收报文段,因此,每一方都有自己的发送窗口和接收窗口

发送窗口

前沿

通常不断前移

不动

1 没有新确认 2 收到确认但对方通知的窗口缩小了

后缩

对方通知的窗口缩小了

后沿

不动

无新确认

前移

有新确认

UDP协议

特点

无连接的、不可靠的传输层协议

简洁、快速、高效

支持单播、多播、广播

传输

无需建立连接,减少了协议开销与传输延迟

报文段格式

伪首部 12字节

源IP地址 4字节

目的IP地址 4字节

0 1字节

17 1字节

UDP长度 2字节

仅在计算校验和有用，实际并无这个字段

首部 8字节

源端口 2字节

目的端口 2字节

长度 2字节

校验和 2字节

校验伪首部、 UDP头部、数据

数据

适用范围

报文较短,对报可靠性要求不高

例

视频

简短交互

多播与广播

差错控制

除了校验和之外,无其他的保证数据传输可靠性的措施

若分组出错,则丢弃分组,既不确认,也不通知发送端和要求重传

由ICMP发送“端口不可达”差错报文

IPv6协议

优势

具有更大的地址空间

使用更小的路由表更大的地址空间

增加了增强的组播支持以及流支持

加入了对自动配置的支持

具有更高的安全性

首部

版本号 8位

流量类型 8位

流标签 20位

载荷长度 16位

下一报文首部 8位

跳数 8位

源地址 128位

目的地址 128位

寻址

8个16进制字段，共128位

表示

零压缩法

每个以0开头的字段，开头的0可全部省略

连续字段都是0，压缩成一个字段（只能压缩一次）

CIDR方案

2001:250:6000::/48

地址类型

单播地址

任播地址

组播地址

IPv4与IPv6

兼容IPv4

在IPv4地址前加适当前缀

如0:0:0:0:0:0:d:1:44:3/::13.1.68.3

过渡

原则和目标

保证IPv4和IPv6主机之间的互通

在更新过程中避免设备之间的依赖性

对于网络管理者和终端用户来说,过渡过程易于理解和实现

过渡可以逐个进行

用户、运营商可以自己决定何时过渡以及如何过渡

技术

双栈策略

在IPv6结点中加入IPv4协议栈

隧道技术

将IPv6报文封装在IPv4报文中，使IPv6协议包可以穿越IPv4网络进行通信

必须先实现双栈策略

计算机网络 第四章 传输层

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计算机网络第四章传输层

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