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第5章 运输层笔记
1. 概览
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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 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。 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) 位置于协议栈: 应用层UDP / TCPIP各种网络接口 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 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。 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。 应用与协议使用情况: 应用应用层协议运输层协议名字转换DNSUDP文件传送TFTPUDP路由选择RIPUDPIP地址配置DHCPUDP网络管理SNMPUDP远程文件服务器NFSUDPIP电话专用协议UDP多媒体通信专用协议UDP多播IGMPUDP电子邮件SMTPTCP远程终端接入TELNETTCP万维网HTTPTCP文件传送FTPTCP
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
服务器端端口 熟知端口号0-1023 例如 FTP: 21TELNET: 23SMTP: 25DNS: 53TFTP: 69HTTP: 80SNMP: 161HTTPS: 443登记端口号1024-49151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
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。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。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
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。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
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。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。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。 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。
