[计算机硬件及网络]第5章-传输层协议

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第5章 传输层协议
（3）校验和（计算）
发送端计算校验和的步骤： ①将伪首部填加到UDP用户数据报上； ②将校验和字段填入0； ③将所有位划分为16位（2字节）的字，若字节总数
不是偶数，则增加一个字节（填充，全0）。填充只 是为了计算校验和，计算结束后将其丢弃； ④将所有16位的字模2加； ⑤将得到的结果取反，它是一个16位的数，将其插入 到校验和字段； ⑥将伪首部和填充去掉。
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3．UDP应用
很多应用适合采用UDP传输数据，主要有： （1）不太关心数据丢失，如传输视频或 多媒体流数据。 （2）每次发送很少量数据。 （3）有自己的全套差错控制机制。 （4）实时性要求较高、差错控制要求不 高的场合。
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的ICMP报文。
5．输出模块 输出模块负责创建和发送用户数据报。
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5.3 传输控制协议（TCP）
5.3.1 TCP概述
1．TCP协议的功能 （1）寻址和复用 （2）创建、管理和终止连接 （3）处理并打包数据 （4）传输数据 （5）提供可靠性和传输质量的保证 （6）提供流量控制和拥塞控制
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5.3.2 TCP报文格式
比特 0
32 bit
8
16
24
31
16位 源 端 口
16位 目 的 端 口
32位 序 列 号
TCP 首部
数据 偏移
32位 确 认 号
U AP RSF
保 留 R CS SYI
G KH TNN
窗口大小
检验和
紧急指针
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5.1.2 传输层提供的服务
传输层在两个应用实体之间实现可靠的、透明 的、有效的数据传输，其主要功能是： 1．连接管理 2．优化网络层提供的服务质量 3．提供端到端的透明数据传输 4．多路复用和分流 5．状态报告 6．安全性 7．加速交付
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5.1.3 传输层寻址与端口
（1）传输层寻址 根据OSI的观点，传输层应提供用户之间可靠和有效
的端到端传输服务。 在一个主机中可能存在多个应用进程同时分别和另一
个主机中的多个应用进程通信。因此，传输层必须具 有将一个主机中某一个用户进程和其他用户进程相互 区分的能力。 传输层通过传输地址来实现该功能，这里的传输地址 是指传输层服务访问点TSAP（称为端口），它是传 输层与应用层之间交换信息的抽象接口。
和端口号写入控制块表；
➢若未找到（没有空闲）：使用事先定义的策略
删除一个已存在的状态为IN_USE项目。
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4．输入模块 输入模块负责从IP接收用户数据报。 查找控制块表，找出与该用户数据报的端口号
相同的表项。
若找到：将该数据报放入相应的输入队列中； 若未找到：丢弃报文，并发送一个“端口不可达”
首部和增加的填充，提交应用层，否则，表示该UD 报文出错，丢弃该报文。
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5.2.3 UDP伪首部
UDP引入了长度为12个八位组一个伪首部 伪首部的作用是用于检验UDP数据报是否已
经到达正确的目的地，即正确的主机。
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5.2.2 UDP报文格式
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（1）源端口和目的端口 源端口和目的端口字段为16位，它是UDP协
议的端口号，其中源端口是可选的，目的端口 必须填写。若源端口不选，则取值为0。 （2）长度 长度字段为16位，它记录UDP数据报的总长 度，包括UDP首部和用户数据，长度以八位组 为单位。
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5.2 用户数据报协议（UDP）
用户数据报协议（UDP）采用无连接方式提 供高层协议间的事务处理服务
UDP是一种无连接的数据报投递服务，所以 不保证可靠投递
UDP也使用端口为高层协议服务 UDP承载在IP数据报中传递 UDP无流量和拥塞控制
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3．TCP/IP协议族的传输层协议
（2）UDP协议 UDP是一个无连接的不可靠的传输层协议。 它在IP之上仅提供两个附加服务：
多路复用和对数据的错误检查 UDP可以（可选）检查整个UDP数据报的完
整性。 UDP比较简单，执行速度较快，实时性好。
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（3）校验和（计算）
接收端计算校验和的步骤： ①把伪首部填加到UDP用户数据报上； ②把所有位划分为16位（2字节）的字，按需要增加
填充； ③把所有16位的字模2加； ④把得到的结果取反码； ⑤若得到结果为全0，表示该UDP报文正确，丢弃伪
UDP软件包的5个组成部分之间关系如图5-5所 示。
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1．控制块表 控制块表负责记录被UDP打开的端口，表中
的每一项就是一个端口，具有4个字段： 状态（值为FREE或IN_USE） 进程ID 端口号 相应的队列号
2．输入队列 UDP为每个进程创建一个输入队列。
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3．控制块模块
控制块模块负责管理控制块表。 当进程启动时，该模块的工作：
负责接收进程ID和端口号（从操作系统申 请一个临时端口号）；
查找控制块表中的状态为FREE项：
➢若找到：将其状态改为IN_USE，并将进程ID
20 字节
的 固定 首部
选 项 和 填 充（长 度 可 变）
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TCP报文字段说明
紧急比特 URG : 当 URG=1 时，表明紧急指 针字段有效。表示报文段中有紧急数据，应尽 快传送（相当于高优先级的数据）。
确认比特 ACK: 当 ACK=1 时确认序号字段才有效; 当 ACK= 0 时，确认序号无效。
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2．TCP协议的特点
TCP是面向连接的协议，提供可靠的、全双工 的、面向字节流的、端到端的服务。 （1）面向数据流 （2）虚电路连接 （3）有缓冲的传输 （4）无结构的数据流 （5）全双工连接
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2．UDP的端口
UDP常用的端口号有： （1）53：DNS（域名服务） （2）69：TFTP（简单文件传输协议） （3）123：NTP（网络时间协议） （4）161：SNMP（简单网络管理协议） （5）162：SNMP（简单网络管理协议） （6）520：RIP（路由信息协议）
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3．TCP常用的端口号
（1）20：FTP数据连接（文件传输协议：数 据连接）
（2）21：FTP控制连接（文件传输协议：控 制连接）
（3）23：Telnet（远程登录） （4）25：SMTP（简单邮件传输协议） （5）53：DNS（域名服务） （6）80：HTTP（超文本传输协议） （7）110：POP3（邮件协议）
推送比特 PSH (PuSH): 接收 TCP 收到PSH=1 的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而 不必等到整个缓存都填满后再向上交付。
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TCP报文字段说明
复位比特 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 传输连接。
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例1 计算下图所示的UDP数据报的校验和。
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5.2.4 UDP模块
UDP软件包一般应包括5个部分： 一个控制块表 若干个输入队列（每个端口对应一个输入 队列） 一个控制模块 一个输入模块 一个输出模块
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5.1 传输层概述 5.2 用户数据报协议（UDP） 5.3 传输控制协议（TCP）
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5.1 传输层概述
5.1.1 引入传输层的必要性
传输层在应用层和IP层之间起着承上启下的作 用，它应该满足以下三个要求： 1．传输层要提供比IP层质量更高的服务。 2．传输层要提供识别应用层进程的机制。 3．传输层要针对不同尺寸的应用层数据进 行适当的处理。
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5.2.1 UDP概述
1．UDP的功能及特点 （1）提供无连接的服务，简单、快速。 （2）UDP的主机不需要维持复杂的连接状态
表。 （3）UDP报文只有8个字节的首部开销。 （4）网络出现的拥塞不会使源主机的发送速
率降低。
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使用分离功能，通过不同的端口把这些报文分 别递交给相应的应用进程。 因此，端口是用来标识不同应用层进程的。
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（3）TCP/IP的端口
描述一个应用进程的标识如下：
源IP地址，源端口号，协议，目的IP地址，目的端口号
其中： 源IP地址和目的IP地址用于区分不同主机 源端口号和目的端口号用于区分不同主机中 的不同进程 协议用于区分基于UDP协议或TCP协议
同步比特 SYN :同步比特 SYN 置为 1，就表示 这是一个连接请求或连接接受报文。
终止比特 FIN (FINal): 用来释放一个连接。当 FIN=1 时，表明此报文段的发送端的数据已发 送完毕，并要求释放传输连接。
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释放连接三个阶段。
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3．TCP/IP协议族的传输层协议
TCP/IP协议族提供的两个传输层协议：传输 控制协议TCP和用户数据报协议UDP
（1）TCP协议 TCP提供面向连接的可靠的传输服务，因此不
可避免地增加了许多开销，如确认、流量控制、 计时器以及连接管理等。 TCP不提供广播或组播服务。
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传输层与应用层、网络层的关系
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5.1.3 传输层寻址与端口
（2）端口 端口就是传输层服务访问点TSAP。 应用层不同进程的报文通过不同的端口向下递
交到传输层，由传输层复用并传递给网络层。 当这些报文到达目的主机后，目的主机传输层
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5.1.4 无连接服务与面向连接服务
1．无连接的传输服务 无连接的传输服务比较简单，发送数据之前不
需要事先建立连接。 2．面向连接的传输服务 面向连接的传输服务要求两个用户（或进程）
相互通信之前，必须先建立连接。 一次完整的数据传输包括建立连接、传输数据、
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（4）IANA规定的三类端口
在TCP和UDP协议中的端口域为16位，可以使用的端 口号为0~65535。 IANA（互联网编号分配机构）规定， 端口号分为以下三类： （1）熟知端口号：或称公认端口号，由IANA统 一分配和定义其含义，一般在服务器端使用，其 范围是0～1023。 （2）注册端口号：用户根据需要在IANA注册， 以避免重复，其范围是1024～49151。 （3）临时端口号：客户端程序自己定义和使用的 端口号，可随机分配，其范围是49152～65535。