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表8-1给出了一些应用和应用层协议主要使用的运 输层协议(UDP或TCP)。
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通常用UDP的报文队列来具体实现一个UDP端口， 如图8-10所示。
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（2）UDP没有拥塞控制，也不保证可靠交付，因 此主机不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态 表。
（3）UDP用户数据报只有8个字节的首部开销， 比TCP的20个字节的首部要短。
（4）由于UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥 塞不会使源主机的发送速率降低。
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网络体系结构广域网技 术局域网数据链路层通 信模型带宽高速局域网
局域
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8.1 运输协议概述
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。运输层只存在于通信 子网以外的主机中，在通信子网中没有运输层，如图 8-1所示。
首部固定部分各字段的意义如下所述。 （1）源端口和目的端口 （2）序号 （3）确认序号 （4）数据偏移 （5）保留 （6）紧急比特URG (URGent)
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（7）确认比特ACK （8）推送比特PSH (PuSH) （9）复位比特RST (ReSeT) （10）同步比特SYN （11）终止比特FIN (FINal) （12）窗口 （13）检验和 （14）选项
（2）传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)
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8.2.2 端口的概念
UDP和TCP都使用了与应用层接口处的端口(port) 与上层的应用进程进行通信。图8-7说明了端口在进程 之间的通信中所起的作用。
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8.3.2 用户数据报的格式
用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字 段。首部字段很简单，只有8个字节，如图8-11所示， 由4个字段组成，每个字段都是两个字节。各字段意义 如下所述。
（1）源端口字段：源端口号。 （2）目的端口字段：目的端口号。 （3）长度字段：UDP用户数据报的长度。 （4）检验和字段：防止UDP用户数据报在传输中 出错。
图8-14是TCP发送报文段的过程的示意图。
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8.4.3 TCP的流量控制与拥塞控制
为了提高报文段的传输效率，TCP采用大小可变 的滑动窗口进行流量控制。窗口大小的单位是字节。 在TCP报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前给 对方设置的窗口数值。
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OSI使用了简洁的抽象方法将运输层与其上下层之 间的关系归纳如图8-4所示。
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运输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节， 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，但这条逻辑通信信道 对上层的表现却因运输层使用的不同协议而有很大的 差别。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(即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。 但当运输层采用无连接的UDP协议时，这种逻辑通信 信道则是一条不可靠信道。在图8-5中将可靠信道画成 一个管道，这意味着报文在这样的“管道”中运输时， 可以做到无差错、按序(接收的顺序和发送的顺序一 样)、无丢失和无重复。
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8.4.6 TCP的有限状态机
为了管理因特网，在网络管理中心设有管理信息 库MIB (Management Information Base)。管理信息库 存放着各主机的TCP连接表(Connection Table)，其格 式如表8-2所示。TCP连接表对每个连接都登记了其连 接信息。除本地和远地的IP地址和端口号外，还要记 录每一个连接所处的状态。
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8.4.5 TCP的运输连接管理
TCP是面向连接的协议。运输连接的建立和释放 是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。
在连接建立过程中要解决以下三个问题。 （1）要使每一方能够确知对方的存在。 （2）要允许双方协商一些参数(如最大报文段长 度，最大窗口大小，服务质量等)。 （3）能够运输实体资源(如缓存大小，连接表中 的项目等)进行分配。 TCP的连接和建立都是采用客户服务器方式。主 动发起连接建立的进程叫做客户(client)，而被动等待 连接建立的进程叫做服务器(server)。
图8-17画出了数据链路层和运输层的往返时延概 率分布的对比。对于运输层来说，其往返时延的方差 很大。
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计时器设置的重传时间应略大于上面得出的平均 往返时延，即：
重传时间 β(平均往返时延)
8.4.1 TCP报文段的首部
一个TCP报文段分为首部和数据两部分，如图813所示。
TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面有 4N字节是根据需要而增加的选项(N必须是整数)。因此 TCP首部的最小长度是20字节。
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8.4.2 TCP的数据编号与确认
TCP协议是面向字节的。TCP将所要传送的整个 报文(这可能包括许多个报文段)看成是一个个字节组 成的数据流，并使每一个字节对应于一个序号。
TCP的确认是对接收到的数据的最高序号(即收到 的数据流中的最后一个序号)表示确认。但接收端返回 的确认序号是已收到的数据的最高序号加1。也就是说， 确认序号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个 数据字节的序号。
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Karn提出了一个算法：在计算平均往返时延时， 只要报文段重传了，就不采用其往返时延样本。这样 得出的平均往返时延和重传时间当然就较准确。
新的重传时间 γ(旧的重传时间) (8-4) 系数γ的典型值是2。当不再发生报文段的重传时， 才根据报文段的往返时延更新平均往返时延和重传时 间的数值。实践证明，这种策略较为合理。
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网络体wenku.baidu.com结构广域网技术局域网数据 链路层通信模型带宽高速局域网局域
图8-12给出了一个计算UDP检验和的例子。
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8.4 传输控制协议TCP
TCP是TCP/IP体系中面向连接的运输层协议，它 提供全双工的可靠交付的服务。
图8-15表示的是在TCP中使用的窗口概念。
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8.4.4 TCP的重传机制
重传机制是TCP中最重要和最复杂的问题之一。 TCP每发送一个报文段，就设置一次计时器。只要计 时器设置的重传时间已经到了但还没有收到确认，就 要重传这一报文段。
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8.2 TCP/IP体系中的运输层
8.2.1 运输层中的两个协议
TCP/IP的运输层有两个不同的协议，如图8-6所示， 它们都是因特网的正式标准，即：
（1）用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
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运输层为应用进程之间提供逻辑通信，但网络层 是为主机之间提供逻辑通信，如图8-3所示。
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若没有端口，运输层就无法知道数据应当交付给 应用层的哪一个进程。端口是用来标识应用层的进程。
端口号分为两类。一类是由因特网指派名字和号 码公司ICANN负责分配给一些常用的应用层程序固定 使用的熟知端口(well-known port)，其数值一般为 0~1023，见[RFC 1700]。例如，FTP用21，TELNET 用23，SMTP用25，DNS用53，HTTP用80，SNMP用 161，等等。当一种新的应用程序出现时，必须为它指 派一个熟知端口，否则其他的应用进程就无法和它进 行交互。
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8.3 用户数据报协议UDP
8.3.1 用户数据报的用途
虽然UDP用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP在某些方面有其特殊的优点，例如：
（1）发送数据之前不需要建立连接(当然发送数 据结束时也没有连接需要释放)，因而减少了开销和发 送数据之前的时延。
图8-8举例说明了端口的作用。
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插口包括IP地址(32 bit)和端口号(16 bit)， 共48 bit。插口和端口、IP地址的关系如图8-9 所示。
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通常用UDP的报文队列来具体实现一个UDP端口， 如图8-10所示。
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（2）UDP没有拥塞控制，也不保证可靠交付，因 此主机不需要维持具有许多参数的、复杂的连接状态 表。
（3）UDP用户数据报只有8个字节的首部开销， 比TCP的20个字节的首部要短。
（4）由于UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥 塞不会使源主机的发送速率降低。
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8.1 运输协议概述
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。运输层只存在于通信 子网以外的主机中，在通信子网中没有运输层，如图 8-1所示。
首部固定部分各字段的意义如下所述。 （1）源端口和目的端口 （2）序号 （3）确认序号 （4）数据偏移 （5）保留 （6）紧急比特URG (URGent)
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（7）确认比特ACK （8）推送比特PSH (PuSH) （9）复位比特RST (ReSeT) （10）同步比特SYN （11）终止比特FIN (FINal) （12）窗口 （13）检验和 （14）选项
（2）传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)
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8.2.2 端口的概念
UDP和TCP都使用了与应用层接口处的端口(port) 与上层的应用进程进行通信。图8-7说明了端口在进程 之间的通信中所起的作用。
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8.3.2 用户数据报的格式
用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字 段。首部字段很简单，只有8个字节，如图8-11所示， 由4个字段组成，每个字段都是两个字节。各字段意义 如下所述。
（1）源端口字段：源端口号。 （2）目的端口字段：目的端口号。 （3）长度字段：UDP用户数据报的长度。 （4）检验和字段：防止UDP用户数据报在传输中 出错。
图8-14是TCP发送报文段的过程的示意图。
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8.4.3 TCP的流量控制与拥塞控制
为了提高报文段的传输效率，TCP采用大小可变 的滑动窗口进行流量控制。窗口大小的单位是字节。 在TCP报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前给 对方设置的窗口数值。
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OSI使用了简洁的抽象方法将运输层与其上下层之 间的关系归纳如图8-4所示。
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运输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节， 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，但这条逻辑通信信道 对上层的表现却因运输层使用的不同协议而有很大的 差别。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(即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。 但当运输层采用无连接的UDP协议时，这种逻辑通信 信道则是一条不可靠信道。在图8-5中将可靠信道画成 一个管道，这意味着报文在这样的“管道”中运输时， 可以做到无差错、按序(接收的顺序和发送的顺序一 样)、无丢失和无重复。
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8.4.5 TCP的运输连接管理
TCP是面向连接的协议。运输连接的建立和释放 是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。
在连接建立过程中要解决以下三个问题。 （1）要使每一方能够确知对方的存在。 （2）要允许双方协商一些参数(如最大报文段长 度，最大窗口大小，服务质量等)。 （3）能够运输实体资源(如缓存大小，连接表中 的项目等)进行分配。 TCP的连接和建立都是采用客户服务器方式。主 动发起连接建立的进程叫做客户(client)，而被动等待 连接建立的进程叫做服务器(server)。
图8-17画出了数据链路层和运输层的往返时延概 率分布的对比。对于运输层来说，其往返时延的方差 很大。
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计时器设置的重传时间应略大于上面得出的平均 往返时延，即：
重传时间 β(平均往返时延)
8.4.1 TCP报文段的首部
一个TCP报文段分为首部和数据两部分，如图813所示。
TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面有 4N字节是根据需要而增加的选项(N必须是整数)。因此 TCP首部的最小长度是20字节。
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TCP协议是面向字节的。TCP将所要传送的整个 报文(这可能包括许多个报文段)看成是一个个字节组 成的数据流，并使每一个字节对应于一个序号。
TCP的确认是对接收到的数据的最高序号(即收到 的数据流中的最后一个序号)表示确认。但接收端返回 的确认序号是已收到的数据的最高序号加1。也就是说， 确认序号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个 数据字节的序号。
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新的重传时间 γ(旧的重传时间) (8-4) 系数γ的典型值是2。当不再发生报文段的重传时， 才根据报文段的往返时延更新平均往返时延和重传时 间的数值。实践证明，这种策略较为合理。
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图8-12给出了一个计算UDP检验和的例子。
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8.4 传输控制协议TCP
TCP是TCP/IP体系中面向连接的运输层协议，它 提供全双工的可靠交付的服务。
图8-15表示的是在TCP中使用的窗口概念。
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8.4.4 TCP的重传机制
重传机制是TCP中最重要和最复杂的问题之一。 TCP每发送一个报文段，就设置一次计时器。只要计 时器设置的重传时间已经到了但还没有收到确认，就 要重传这一报文段。
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8.2 TCP/IP体系中的运输层
8.2.1 运输层中的两个协议
TCP/IP的运输层有两个不同的协议，如图8-6所示， 它们都是因特网的正式标准，即：
（1）用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
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若没有端口，运输层就无法知道数据应当交付给 应用层的哪一个进程。端口是用来标识应用层的进程。
端口号分为两类。一类是由因特网指派名字和号 码公司ICANN负责分配给一些常用的应用层程序固定 使用的熟知端口(well-known port)，其数值一般为 0~1023，见[RFC 1700]。例如，FTP用21，TELNET 用23，SMTP用25，DNS用53，HTTP用80，SNMP用 161，等等。当一种新的应用程序出现时，必须为它指 派一个熟知端口，否则其他的应用进程就无法和它进 行交互。
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8.3 用户数据报协议UDP
8.3.1 用户数据报的用途
虽然UDP用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP在某些方面有其特殊的优点，例如：
（1）发送数据之前不需要建立连接(当然发送数 据结束时也没有连接需要释放)，因而减少了开销和发 送数据之前的时延。
图8-8举例说明了端口的作用。
网络体系结构广域网技术局域网数据 链路层通信模型带宽高速局域网局域
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插口包括IP地址(32 bit)和端口号(16 bit)， 共48 bit。插口和端口、IP地址的关系如图8-9 所示。
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