运输层协议详解：TCP与UDP

"CH7 运输层.ppt" 在计算机网络中，运输层是网络模型中的第四层，它位于网络层之上，应用层之下。这一层的主要任务是为两台主机上的应用进程提供端到端的逻辑通信。运输层协议包括TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议），它们在确保数据的可靠传输和提高网络效率方面起着关键作用。 7.1 运输层协议概述 运输层主要关注的是如何在不同主机的应用进程之间建立、管理和终止连接，以及如何有效地传输数据。它并不关心网络路径的具体细节，这些由下层的网络层处理。运输层通过使用端口号来标识和区分不同的应用进程，实现复用和分用功能，即多个应用进程可以通过同一主机的单一网络接口共享网络资源。 7.2 TCP/IP体系中的运输层 7.2.1 运输层中的两个协议 TCP 和 UDP 是运输层的主要协议。TCP 提供面向连接的服务，具有高可靠性，确保数据包按顺序到达且无丢失，适合于需要可靠传输的场合，如 HTTP、FTP 和 SMTP。而 UDP 是一种无连接的服务，速度快但不保证数据的可靠传输，适用于实时性要求高的应用，如 DNS 和 VoIP。 7.2.2 端口的概念 端口是运输层中的一个重要概念，它们是16位的数字，范围从0到65535。每个端口号对应一个特定的应用进程，使得运输层可以将数据定向到正确的应用。 7.3 用户数据报协议UDP 7.3.1 UDP概述 UDP 是一种简单且高效的数据报协议，不提供流量控制、拥塞控制或连接管理。每个 UDP 数据报都有一个包含源端口号和目的端口号的首部，用于复用和分用。 7.3.2 UDP用户数据报的首部格式 UDP 首部包含4个字段：源端口号、目的端口号、长度和检验和，这四个字段提供了基本的标识和错误检测功能。 7.4 传输控制协议TCP 7.4.1 TCP概述 TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，它在数据传输前会建立连接，并在数据传输后释放连接。 7.4.2 TCP报文段的首部 TCP 报文段的首部包含多个字段，如源端口号、目的端口号、序列号、确认号、数据偏移、保留、标志、窗口大小、校验和、紧急指针等，这些字段保证了数据的可靠传输。 7.4.3 TCP的数据编号与确认 TCP 使用序列号和确认号来追踪发送和接收的数据，确保数据的正确顺序和避免数据丢失。 7.4.4 TCP的流量控制与拥塞控制 TCP 实现了流量控制，防止发送方过快地发送数据导致接收方无法处理。同时，它还通过拥塞窗口和拥塞避免算法来防止网络拥塞。 7.4.5 TCP的重传机制 当TCP接收到确认丢失或数据错误时，会自动进行重传，以确保数据的可靠性。 7.4.6 采用随机早期丢弃RED进行拥塞控制 RED 是一种在网络边缘节点进行拥塞控制的方法，它在检测到网络即将拥塞时，提前丢弃一些数据包，以减轻拥塞。 7.4.7 TCP的运输连接管理 TCP 连接的建立和释放通过三次握手和四次挥手的过程来完成，确保了连接的可靠建立和安全关闭。 7.4.8 TCP的有限状态机 TCP 的连接管理基于有限状态机，定义了多个状态，如SYN_SENT、SYN_RCVD、ESTABLISHED、FIN_WAIT_1、CLOSE_WAIT等，以精确控制连接的状态转换。 运输层是网络通信的核心组成部分，它为应用提供了一种抽象的、端到端的数据传输服务，通过TCP和UDP协议实现了数据的可靠传输和高效流通。理解运输层的工作原理对于优化网络性能和开发网络应用程序至关重要。