第8章 传输层协议

1 1 3 .1 4 1 8 .1 6 1 2 1 .1 4 1 6 .8 0 17

0 0 000000 0 0 0 0 1 0 11 0 0 000100 0 0 111111 0 0 000000 0 0 0 0 11 0 1 0 0 000000 0 0 0 0 0 0 11 00000000 00000000 01010100 01010100 0 1 0 1 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0

图8.26 标签交换示意图

2．建立标签通道的过程

图8.27 标签通道建立的过程

3．用MPLS实现QoS保证

图8.28 明确指定路由示意图


第8章 传输层协议
8.1 传输控制协议（TCP）的基本功能
8.2 传输控制协议（TCP） 8.3 用户数据报协议（UDP） 8.4 服务质量（QoS）保证

8.1 传输控制协议（TCP）的 基本功能
8.1.1 传输层的功能和服务
（1）建立通信双方两通信实体之间的逻 辑连接。

（2）支持多种协议和分段。 （3）利用窗口进行差错控制。 （4）实现流量控制和拥塞控制。

图8.21 按字节扫描

8.4.3 综合服务和区分服务
1．DS的特点 2．服务类型的划分 （1）快速型转发（Expedited Forwarding，EF）。

快速分组队列

常规分组队列

图8.22 双管道分组队列

（2）确保型转发 （Assured Forwarding，AF）。
1 路由器 分类器 标记器 整型器/ 丢弃器 3 优先级 类别 4 种优先级 4 排队的分组 入口 2 路由器 出口

图8.2 插口和端口、IP地址的关系

8.2 传输控制协议（TCP）

图8.3 TCP发送报文段的示意图

8.2.1 TCP报文段的报头
1．源端口和目标端口 2．顺序号 3．确认号 4．报头长度 5．保留

6．6个控制位 （1）紧急指针位URG （URGent）。 （2）ACK。 （3）PSH（PuSH）推操作。

M PLS 标 签

IP 报 头

数据

A A L5 尾 部

AT M 信 头 （ d ） AT M 交 换 机 传 输 用 VPI VCI 数据

（ e） M PLS 标 签 结 构

标签值 20（ 位 ）

COS 3

S 1

TTL 8

图8.25 MPLS标签的位置和结构

（2）标签交换路由器（Label Switching Router，LSR）： （3）标签交换： （4）标签分发：

图8.18 漏桶算法和令牌漏桶算法

图8.19 按字节发送和调节发送速率实例

3．预留资源 （1）预留带宽： （2）预留缓冲区：
（3）路由器CPU周期：

4．路由器处理分组的策略和算法
参数 1 2 3 4 5 令牌桶速率 令牌桶大小 峰值数据率 分组最小值 分组最大值 单位 字 节 /秒 字节 字 节 /秒 字节 字节

图8.20 流规范参数

队列

每个分组结束节拍

队列

结束时间

A B C D E

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

11 12

15 16

18

20

C E X B D A

8 14 16 19 20

13 14

17

19

（ a） 一 条 线 路 上 有 5 个 分 组 排 队

（ b） 各 分 组 的 结 束 顺 序

图8.23 确保型转发示意图

3．区分服务码点
1 2 3 4 5 6

优先级

保留

服务类型

图8.24 区分服务的码点分配

（1）确保转发（AF）码点

（2）快速转发（EF）码点。

表8.5

AF码点分配

8.4.4 多协议标签交换协议 （MPLS）
多协议标签交换协议（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）是实现QoS保证 的关键技术。
17

Discard Users Daytime
Quote

丢弃收到的数据分组 用户活跃 日期时间
返回日期的引用

19 53

Chargen Nameserver

返回字符串 域名服务器

表8.3(续)

UDP的熟知端口号 说 明

端 口 号 协 议 67 Bootps 68 bootpc 69 TFTP

111 123 161 162
应 用 应用层协议 传输层协议

名字转换
文件传送 路由选择协议 IP地址配置 网络管理 远程文件服务器 IP电话

DNS
TFTP RIP BOOTP.DHCP SNMP NFS 专用协议

UDP
UDP UDP UDP UDP UDP UDP

表8.2(续)

使用UDP和TCP的各种应用层协议

应 用
流式多媒体通信 多播

8.2.5 TCP的拥塞控制
TCP的拥塞控制采用了一整套拥塞避 免的算法，这就是慢开始、加法增大、乘 法减小，这是1999因特网建议标准 RFC2581所定义的。

1．慢开始和加法增大 2．乘法减小

图8.11 TCP的拥塞控制算法

8.3 用户数据报协议（UDP）来自百度文库
8.3.1 UDP概述

表8.2使用UDP和TCP的各种应用层协议

IP 报 头

UDP 报 头

进程数据

传输层报文 IP 层 数 据 报 数据链路层报文

图8.15 UDP的封装与拆装

客户机

服务器

出 队 列

入 队 列

出 队 列

入 队 列

端 口 号 =55566

端 口 号 =13

图8.16 UDP的队列

8.4 服务质量（QoS）保证
8.4.1 QoS的技术要求

表8.4 常用业务的QoS需求
TCP根据接收方当前能够接收的最大 字节数来控制对方的发送量，所以接收方 的窗口又称为通知窗口。

图 8 .8 T C P 流 量 控 制 的 过 程

8.2.4 TCP的差错控制
1．报文段出错 2．报文段丢失 3．报文段乱序和重复

图 8. 9 T C P 的 差 错 控 制

图 8. 10 报 文 段 乱 序 和 重 复

（4）RST（ReSeT）复位。 （5）SYN同步位。 （6）FIN（FINal）终止位。

7．窗口 8．校验和 9．选项

图8.4 TCP报文格式

8.2.2 TCP的特性
TCP是面向连接的协议，可以在各种 网络之间建立全双工的虚电路连接，实现 无乱序、无丢失和无重复的数据传输，它 采取了三次握手、两次确认的有效技术， 做到了非常可靠。

下载引导程序的服务器端口 下载引导程序的客户端口 简单文件传输协议 RPC 远程过程调用 NTP 网络时间协议 SNMP 简单网络管理协议 SNMP（trap） 简单网络管理协议（陷阱）

8.3.3 UDP用户数据报的报头格式

图8.13 IP数据报和UDP用户数据报

0 111 0 0 01 0 0 0 0 111 0 00010010 00010000 4B 0 1111 0 0 1 0 0 0 0 111 0 虚 拟 报 头 UDP 报 头 数据 3 数据 校验和全 0 数据 全 0 全 0 1087 1 1 3 .1 4 .1 8 .1 6 1 2 1 .1 4 .1 6 .8 17 11 13 00010000 00001000 0000000 00010001

1．MPLS的工作原理 （1）标签：是MPLS中的专用概念，实 际上是用于转发数据包的报头。

（ a） SO N ET 用 的 标 签

PPP 报 头

M PLS 标 签

IP 报 头

数据

（ b） 以 太 网 用 的 标 签

M AC 报 头

M PLS 标 签

IP 报 头

数据

（ c ） AT M 接 口 用 标 签

图8.1 TCP的虚连接示意图

8.1.2 传输层的几个重要概念
1．OSI中的传输层
保证源主机和目标主机透明可靠地传 输报文

2．端口的概念

表8.1
应用程序 已知端口 FTP TELNET 21 23

熟知端口示例
SMP DNS TFTP HTTP SNMP SNMP （trap） 25 53 69 80 161 162

图8.5 三次握手、两次确认的过程

1．支持多种高层协议 2．按字节号确认 3．适应性超时重传 4．建立可靠的连接

5．连接的释放
释放连接有两种模式。一种是对称模 式，一种是非对称模式。

（1）非对称模式。 （2）对称模式。

图8.6 非对称模导致数据丢失

图8.7 释放连接的几种情况

8.2.3 TCP的流量控制

下面对QoS的性能指标做进一步说明。

1．可靠性 2．时延 3．时延抖动 4．带宽

8.4.2 QoS保证的相关技术
1．提供足够的带宽和缓冲区

图8.17 通过数据缓存消除抖动

2．流量整型和漏桶算法
流量整型是指在服务器端或主机端调 节数据发送的平均速率，不是在客户端对 数据流量进行平滑处理。

（1）漏桶算法 （2）令牌漏桶算法

0 11 1087 13 3 00 00 数据 数据

按二进制反码求和： 将所得结果求反码：

1 0 11 0 110 0 0 1 0 0 0 11 0 1 001001 11 0 111 0 0

图8.14 计算UTP校验和的示例

8.3.4 UDP的通信过程
1．UDP的封装和拆装 2．UDP的队列

帧头

应用层协议
专用协议 IGMP

传输层协议
UDP UDP

电子邮件
远程终端接入

SMTP
TELNET

TCP
TCP

万维网
文件传送

HTTP
FTP

TCP
TCP

8.3.2 UDP通信过程和端口号

图8.12 UDP作用范围

表8.3 端 口 号 7

UDP的熟知端口号 协 议 Echo 说 明 回送到发送方

9 11 13