计算机网络运输层上 | 运输层概述 UDP协议端口套接字

news2024/9/26 3:25:52

文章目录

1 运输层概述
- 1.1 运输层存在的意义
- 1.2 运输层协议概述
- 1.3 主要端口号
2 运输层主要协议 UDP
- 2.1 UDP的特点
- 2.2 UDP首部格式
- 2.3 UDP工作流

1 运输层概述

1.1 运输层存在的意义

之前我们讲网络层的时候，已经可以将信息从一个主机传递到另一个主机了。

那么为什么我们还需要运输层呢？

是因为我们两个主机通信的时候，大多数情况是两个主机不同的进程在通信，比如我们浏览器访问需要一个进程，发邮件又需要一个进程。很多时候这些进程都是并行通信的。那么网络层是无法区分的，实际的区分通信的不同进程就交给了运输层，这也是运输层的重要作用——复用和分用

当然除了复用和分用，运输层还提供一些其他的功能如差错检测等

应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交付到运输层

运输层提供应用进程的逻辑通信——逻辑通信的意思是：运输层之间的通信好像是沿着水平方向传送数据，但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接

所以总结来看

网络层和运输层的区别

网络层为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信

1.2 运输层协议概述

运输层主要有两个不同的运输协议

TCP和UDP

他们各自的PDU（运输协议单元如下）

UDP：它的PDU是TCP报文段

TCP：它的PDU是UDP报文段或用户数据报

那么实际中运输层如何区分不同的进程呢？通过抽象了端口号这种方式

由此可见，两个计算机中的进程需要对方的IP地址，还要知道对方的端口号（为了找到对方计算机中的应用程序）

不同端口号代表不同进程。

设计者们对端口号做了如下一些规定

1.3 主要端口号

两大类端口

（1）服务端使用的端口号

又分为两大类

熟知端口，数值一般为0~1023

熟知端口号用来指派给TCP/IP最重要的一些程序，如下图所示

登记端口，数值为1024~49151

没有数值端口使用的，使用的话必须登记

（2）客户端使用的端口号

短暂端口号，数值49152~65535

仅在客户端进程运行时动态选择，因此又叫做短暂端口号
在这里插入图片描述

下面分别讨论UDP和TCP

其中UDP比较简单

2 运输层主要协议 UDP

UDP只在IP数据报上增加了很少一点的功能，即端口功能和差错检测的功能

2.1 UDP的特点

UDP是一种无连接协议

提供无连接服务传送数据前不需要先建立连接
不提供可靠交付对方的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认

尽最大努力交付
没有拥塞控制
UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
对于应用层的报文，不合并不拆分，多长就都发送
UDP首部开销较小

2.2 UDP首部格式

UDP首部很简单就八个字节，由四个字段组成，每个字段长度都是2字节

源端口
目的端口
长度数据报长度，最小值是8
检验和检测传输中是否有错

2.3 UDP工作流

如果接收方UDP发现报文端口号不正确，就丢弃该报文，并由ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方

对于UDP的差错检测，和IP数据报检测方法类似

首先，将UDP首部中的检验和字段置为0，以便进行计算。
将UDP伪首部添加到UDP数据包前面。伪首部包含了一些IP层的信息，用于计算检验和。伪首部的格式如下：
```
Source IP Address (32 bits)
Destination IP Address (32 bits)
Reserved (8 bits, 值为0)
Protocol (8 bits, UDP的协议值为17)
UDP Length (16 bits, UDP首部+UDP数据的总长度)
```
伪首部中的字段分别是源IP地址、目标IP地址、保留字段、协议字段（UDP的协议值为17）和UDP长度字段。这些字段一起构成了伪首部。
将UDP伪首部的各字段以及UDP首部和UDP数据中的所有16位字（如果数据不是16位的倍数，需要填充0使其满足16位字的条件）进行按位求和。这意味着将它们视为16位整数，将它们相加，如果结果溢出，则将溢出部分加到总和的末尾。
取总和的反码（将所有位取反，1变为0，0变为1），并将结果存储在UDP首部的检验和字段中。
发送方将带有计算后的检验和字段的UDP数据包发送到目标主机。
接收方在收到UDP数据包后，重复以上步骤，计算接收方的检验和。
接收方将计算得到的检验和与UDP首部中的检验和字段进行比较。如果它们匹配，说明数据包未损坏；如果不匹配，说明数据包可能已损坏或被篡改，接收方可以选择丢弃这个数据包。