5.1 运输层协议概述

思维导图：

 

前言：

第5章 运输层笔记

1. 概览

• 主要内容：介绍运输层协议的特点、进程间通信、端口、UDP和TCP协议、可靠传输、TCP报文段的首部格式、TCP的关键概念（如滑动窗口、流量控制、拥塞控制和连接管理）。
• 重要性：运输层是网络体系结构中的核心层次。

2. 运输层的基础概念

• 逻辑通信：运输层为通信的应用进程提供逻辑通信。
• 端口与套接字：运输层使用端口和套接字来标识和管理不同的通信会话。

3. 无连接的UDP

• 定义：简单的传输协议，不建立连接。
• 特点：高效但可能不可靠。

4. 面向连接的TCP

• 定义：复杂的传输协议，需要建立连接。
• 特点：可靠但可能相对较慢。

5. 可靠传输的工作原理

• 目标：在不可靠的网络上实现可靠传输。
• 方法：
  • 停止等待协议
  • ARQ协议

6. TCP的关键特性

• 滑动窗口：用于数据流量的有效控制。
• 流量控制：确保数据在合适的速率下流动。
• 拥塞控制：防止网络拥塞。
• 连接管理：管理TCP连接的建立、维护和终止。

 

 

笔记：5.1.1 进程之间的通信

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1. 运输层的定位

• 位于面向通信部分的最高层。
• 是用户功能中的最低层。
• 只在主机的协议栈中存在，网络核心部分（如路由器）只使用下三层功能。

2. 逻辑通信

• 网络层的通信端点：主机。
• 运输层的通信端点：进程。
• 逻辑通信定义：数据看似是在两端直接传输，但实际上它经过了多个层次，这种“看似”的通信称为逻辑通信。

3. 运输层的主要功能

• 复用 (multiplexing)：不同的应用进程都可以使用同一个运输层协议发送数据。
• 分用 (demultiplexing)：接收端的运输层可以正确地将数据传递给目的应用进程。
• 提供应用进程间的逻辑通信。

4. 网络层 vs 运输层

• 网络层：提供主机之间的逻辑通信。
• 运输层：为应用进程间提供端到端的逻辑通信。
• 运输层有许多网络层无法替代的功能。
• 运输层对上层屏蔽了网络核心的细节。

5. 差错检测

• 运输层进行报文的差错检测。
• 而网络层中的IP数据报仅检查首部，不检查数据部分。

6. 两种主要运输协议

• 面向连接的TCP：虽然下层网络可能是不可靠的，但TCP为上层提供了一个看似可靠的逻辑通信信道。
• 无连接的UDP：即使使用UDP，逻辑通信信道仍然是不可靠的。

 

 

5.1.2 运输层的两个主要协议笔记

主题: 运输层的两大核心协议：UDP和TCP。

1. TCP/IP运输层的两大协议：

   • 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
   • 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)

2. 位置于协议栈:

   • 应用层
   • UDP / TCP
   • IP
   • 各种网络接口

3. 传输数据单位:

   • 在TCP/IP中，使用的数据单位：
     • TCP -> 报文段 (Segment)
     • UDP -> 用户数据报

4. UDP特点:

   • 无连接：发送数据前不需建立连接。
   • 无确认：接收方收到数据后不给出确认。
   • 不可靠交付：可能丢包，但某些场景下效率高。

5. TCP特点:

   • 面向连接：数据传送前需先建立连接，传送结束后释放连接。
   • 无广播、多播。
   • 可靠交付：包含确认、流量控制、计时器和连接管理等功能。
   • 由于其复杂性，会占用较多的处理资源。

6. 应用与协议使用情况:

结论: 运输层的UDP和TCP各有其用处，不同的应用和场景会选择不同的协议。UDP简单、快速但不可靠；而TCP则提供可靠的连接服务，但可能带来更多的开销。

 

5.1.3 运输层的端口

1. 复用和分用

• 日常比喻：所有部门通过收发室发送公文(复用)，收发室根据地址将公文发送给正确的部门(分用)。
• 在计算机中：应用层所有进程通过运输层发送数据到IP层(复用)，从IP层接收数据后再根据标识分发给正确的应用进程(分用)。

2. 如何标识应用进程

• 计算机内部：进程标识符
• 互联网上：由于存在不同的操作系统和进程标识格式，使用统一的端口号(port)来标识不同的应用进程。

3. 端口的重要性

• 定义：在TCP/IP体系中，用于标志应用进程与运输层之间的接口。
• 软硬件区别：这里讨论的是软件端口，与硬件设备的端口完全不同。
• 端口号范围：0-65535，其中有几个特定的区域是为特定的用途预留的。

4. 两大类的端口

1. 服务器端端口
   • 熟知端口号：0-1023
     • 例如：
       • FTP: 21
       • TELNET: 23
       • SMTP: 25
       • DNS: 53
       • TFTP: 69
       • HTTP: 80
       • SNMP: 161
       • HTTPS: 443
   • 登记端口号：1024-49151
2. 客户端端口
   • 短暂端口号：49152-65535，用于短期、临时通信。

5. 端口的应用

• 当服务器收到客户的报文时，它可以根据客户的端口号将数据返回给客户。
• 服务器端的熟知端口是固定的，确保客户可以始终找到它，而客户端的短暂端口是动态分配的，用完即弃。

6. 小结

端口在运输层中起到了非常关键的作用，是确保数据能够正确传输到目标应用进程的关键。而为了满足各种应用和场景，端口又分为了不同的类型和范围，每种都有其特定的用途和意义。

总结：

重点：

1. 运输层的功能：复用和分用，即将多个应用层进程的数据集中传输，并在接收端正确分发给相应的应用进程。
2. 端口的概念与重要性：端口是运输层与应用层交互的地址或接口，用于明确标识应用进程。
3. 端口的分类：包括服务器端的熟知端口和登记端口，以及客户端的短暂端口。

难点：

1. 为何不能用进程标识符在互联网上标识进程：由于互联网上存在多种操作系统，而不同操作系统使用不同的进程标识格式。
2. 软件端口与硬件端口的区别：两者服务的目标和层次不同，前者服务于应用与运输层之间的通信，后者服务于物理设备间的连接。

易错点：

1. 混淆端口的概念：可能将软件端口与硬件端口混为一谈，或误解其用途。
2. 端口号范围与应用：可能误解端口号的范围和其对应的应用，例如将客户端的短暂端口与服务器的熟知端口混淆。
3. 复用与分用的概念：可能混淆这两个相反的过程，特别是在理解其在运输层中的应用时。

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建议在学习运输层时，重点理解其为应用层提供的服务和功能，并牢记与其交互的各种协议和概念，特别是与端口相关的内容。同时，注意端口在实际通信中的应用，理解其在确定通信双方身份中的关键作用。