Chapter 7 —— 运输层（1）

运输层的主要任务

· 我们上一章学习的网络层提供的IP协议用于建立主机之间的逻辑连接，但是，IP数据报并不知道它封装的数据是用来干什么的，它只管传输。

· 而运输层就是要解决这个问题，从运输层的角度来看，通信的真正端点并不是主机，而是主机中的进程。即端到端的通信其实是应用进程之间的通信。

· 所以运输层实际上是为应用程序进程之间建立逻辑连接，通过端口和套接字（Socket）识别进程，通过TCP或UDP协议实现进程间通信。

· 运输层的地位非常重要，它起到一个承上启下的作用，对于面向通信部分来说，它是最高层；对于面向用户部分来说，它是最底层。

· 只有边缘部分的主机的协议栈才会有运输层，路由器、交换机等设备都没有运输层。

· 网络层和运输层的区别：

· 运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节：

· 我们知道，操作系统使用进程ID（PID）来标识一台计算机上的每一个进程。而现在运输层需要连接的两个进程在两台不同的主机上，为了唯一地标识两台主机上的进程，我们引入端口（Port）的概念。

· 注意区分：

· 运输层的端口具有本地含义：两台主机上相同的端口是没有关联的。

两台主机上的80端口没有关联，可能左边主机80端口运行着HTTP服务，右边主机80端口运行着某个JavaWeb服务。

· 就像网络层中IP协议使用"协议类型"首部字段实现多种协议的复用一样，运输层就是通过端口号去实现TCP或UDP的复用：

· 运输层端口类别：

· 常用的熟知端口号，最好记下来：

· 用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）

· 传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）

· 为什么需要两种协议？因为要满足应用层不同的需要。

· 典型应用举例如下，一般可靠性要求比较高的会选择TCP，否则UDP：

· UDP其实只在IP数据报的基础上增加了很少一点的功能：

· UDP的协议栈也很简单，直接把应用层的报文封装到UDP报文里去即可：

· UDP协议的报文是不会进行分片的，一次发送一整个报文，至于在传输过程超过MTU则交给网络层的IP数据报进行分片：

· UDP是面向报文的：

发送方的应用层无论交给UDP多长的报文，UDP既不合并，也不拆分，一次性发送一整个报文。
同理，接收方接收到一个UDP报文后，去除UDP首部后就直接把数据交给上层应用层，一次性交付一整个完整报文。
因此应用程序必须选择合适的报文大小：
- UDP报文太长：IP层传输时会分片，降低IP层的效率。
- UDP报文太短：IP数据报的首部相对长度太大，降低IP层效率。

· UDP的主要特点：

· UDP首部有8个字节，由4个字段组成，每个字段2个字节

其中的长度指的是UDP数据报的长度，包括首部+数据。

· 在计算校验和时，会临时把12字节的伪首部和UDP数据报连接在一起，伪首部仅仅为了计算校验和，检验有错就丢弃：

· IP和UDP校验和比较：

· TCP是在无连接、不可靠的IP网络服务基础之上提供面向连接、可靠交付的服务。

· TCP的主要特点：

面向连接：每一条TCP只能有两个端点，每一条TCP只能是点对点的（一对一）。
提供可靠交付的服务：通过确认、重传等机制保证无差错、不丢失、不重复传送、按顺序。
全双工通信：通信双方都设有接收和发送缓存。发送时，应用程序把数据放入发送缓存，TCP读取缓存中的字节发送；接收时，TCP把字节流写入接收缓存，应用程序从中读取。
面向字节流：TCP中的流（Stream）指的是流入或流出进程的字节序列。TCP把应用程序交下来的数据看成是一串无结构的字节流。