《傳輸層傳輸層協(xié)議》課件

傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中位于網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的一層。傳輸層協(xié)議負(fù)責(zé)在端到端之間建立可靠的通信連接，并為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。WDbyWD課程內(nèi)容概述傳輸層簡(jiǎn)介介紹傳輸層協(xié)議的作用、功能和分類。傳輸層服務(wù)深入講解傳輸層提供的服務(wù)類型，例如無連接服務(wù)和面向連接服務(wù)。主要協(xié)議解析重點(diǎn)分析UDP和TCP協(xié)議的結(jié)構(gòu)、工作機(jī)制和優(yōu)缺點(diǎn)。安全性和質(zhì)量探討傳輸層安全機(jī)制、服務(wù)質(zhì)量控制和應(yīng)用層協(xié)議需求。傳輸層服務(wù)面向連接服務(wù)面向連接的服務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)按順序到達(dá)目的地。例如TCP協(xié)議，它提供流量控制、擁塞控制和錯(cuò)誤重傳機(jī)制。無連接服務(wù)無連接的服務(wù)提供不保證數(shù)據(jù)按順序到達(dá)，也不保證數(shù)據(jù)是否到達(dá)。例如UDP協(xié)議，它提供快速的數(shù)據(jù)傳輸，適用于對(duì)可靠性要求不高的場(chǎng)景。傳輸層設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠性確保數(shù)據(jù)完整無誤地到達(dá)目的地，即使網(wǎng)絡(luò)條件不佳。高效性最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。安全性保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸過程中的信息安全，防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改?？蓴U(kuò)展性支持不同類型的網(wǎng)絡(luò)連接，適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。端到端原則傳輸層協(xié)議的目標(biāo)是為應(yīng)用程序提供端到端的通信服務(wù)。這意味著傳輸層協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從源主機(jī)上的應(yīng)用程序傳遞到目標(biāo)主機(jī)上的應(yīng)用程序，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)的中間部分。例如，當(dāng)您使用瀏覽器訪問網(wǎng)站時(shí)，傳輸層協(xié)議負(fù)責(zé)將您的請(qǐng)求從您的計(jì)算機(jī)發(fā)送到網(wǎng)站服務(wù)器，并將網(wǎng)站服務(wù)器的響應(yīng)發(fā)送回您的計(jì)算機(jī)。傳輸層協(xié)議確保數(shù)據(jù)能夠可靠地、按順序地傳遞，即使網(wǎng)絡(luò)中存在故障。無連接和面向連接服務(wù)無連接服務(wù)無連接服務(wù)不建立連接，數(shù)據(jù)包獨(dú)立發(fā)送。無需建立連接，節(jié)省時(shí)間和資源，但無法保證數(shù)據(jù)順序和完整性。面向連接服務(wù)面向連接服務(wù)需要建立連接，數(shù)據(jù)包按順序傳輸。保證數(shù)據(jù)可靠傳輸，但需要額外開銷，建立連接和維護(hù)連接需要時(shí)間和資源。UDP協(xié)議11.無連接UDP是一種無連接的協(xié)議，不需要建立連接，數(shù)據(jù)包直接發(fā)送。22.不可靠UDP不保證數(shù)據(jù)包的順序和完整性，可能丟失或重復(fù)。33.輕量級(jí)UDP的報(bào)文頭很小，開銷低，適合實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。44.應(yīng)用場(chǎng)景UDP通常用于實(shí)時(shí)通信，例如視頻通話、游戲、DNS查詢。UDP報(bào)文格式UDP報(bào)文格式較為簡(jiǎn)單，主要包含源端口號(hào)、目標(biāo)端口號(hào)、長(zhǎng)度和校驗(yàn)和四個(gè)字段。UDP報(bào)文格式的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)傳輸過程，使其在需要快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景中更具優(yōu)勢(shì)，例如實(shí)時(shí)視頻流、網(wǎng)絡(luò)游戲等。UDP優(yōu)缺點(diǎn)速度快UDP協(xié)議沒有連接建立過程，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的流量控制和擁塞控制，因此數(shù)據(jù)傳輸速度快。簡(jiǎn)單高效UDP協(xié)議設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易，而且開銷較小，適合實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。不可靠UDP協(xié)議沒有提供數(shù)據(jù)可靠性保障機(jī)制，數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失或亂序。功能有限UDP協(xié)議沒有提供流量控制和擁塞控制機(jī)制，也不支持連接建立和斷開，功能相對(duì)有限。TCP協(xié)議1面向連接TCP協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議，在數(shù)據(jù)傳輸之前需要建立連接。2可靠傳輸通過流量控制、擁塞控制和重傳機(jī)制，TCP協(xié)議可以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。3字節(jié)流傳輸TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)看作一個(gè)字節(jié)流，應(yīng)用程序可以按順序發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4全雙工通信TCP協(xié)議支持全雙工通信，數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳輸。TCP報(bào)文格式TCP報(bào)文格式包含頭部和數(shù)據(jù)部分。頭部包含源端口、目標(biāo)端口、序號(hào)、確認(rèn)號(hào)、數(shù)據(jù)偏移、保留、標(biāo)志、窗口大小、校驗(yàn)和、緊急指針等信息。數(shù)據(jù)部分包含應(yīng)用層數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議使用報(bào)文段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)報(bào)文段都包含頭部信息，用于控制數(shù)據(jù)傳輸。TCP三次握手連接建立1SYN客戶端發(fā)送SYN包，請(qǐng)求建立連接。2SYN-ACK服務(wù)器發(fā)送SYN-ACK包，確認(rèn)連接請(qǐng)求。3ACK客戶端發(fā)送ACK包，確認(rèn)服務(wù)器的確認(rèn)。三次握手是TCP連接建立的必要步驟，確保雙方都準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TCP流量控制防止接收者過載TCP流量控制機(jī)制可根據(jù)接收方緩沖區(qū)容量調(diào)節(jié)發(fā)送速度，防止接收方被過多的數(shù)據(jù)淹沒?；瑒?dòng)窗口機(jī)制發(fā)送方根據(jù)接收方反饋的窗口大小信息調(diào)整發(fā)送速率，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃?。TCP擁塞控制避免網(wǎng)絡(luò)擁塞TCP通過擁塞控制機(jī)制，防止網(wǎng)絡(luò)過載，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。慢開始連接建立后，TCP發(fā)送方會(huì)逐漸增加發(fā)送窗口大小，直到達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量，避免突發(fā)流量沖擊網(wǎng)絡(luò)。擁塞避免當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞出現(xiàn)時(shí)，TCP發(fā)送方會(huì)減小發(fā)送窗口大小，降低發(fā)送速率，緩解網(wǎng)絡(luò)壓力?？焖僦貍鳟?dāng)TCP收到重復(fù)確認(rèn)報(bào)文，就認(rèn)為數(shù)據(jù)丟失，立即重傳丟失數(shù)據(jù)，快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接。TCP超時(shí)重傳TCP使用超時(shí)重傳機(jī)制來確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。1發(fā)送方計(jì)時(shí)器發(fā)送方為每個(gè)數(shù)據(jù)段設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器，如果在計(jì)時(shí)器到期之前未收到確認(rèn)，則重傳該數(shù)據(jù)段。2重傳機(jī)制如果數(shù)據(jù)段在超時(shí)時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)，發(fā)送方會(huì)重新發(fā)送該數(shù)據(jù)段。3確認(rèn)機(jī)制接收方收到數(shù)據(jù)段后，會(huì)向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)信息。超時(shí)重傳機(jī)制可以有效地處理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)丟失和延遲問題，確保數(shù)據(jù)能夠最終到達(dá)接收方。TCP斷開連接1主動(dòng)關(guān)閉一方主動(dòng)發(fā)送FIN報(bào)文，另一方收到后響應(yīng)ACK報(bào)文，并進(jìn)入半關(guān)閉狀態(tài)。發(fā)送方不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但仍可接收數(shù)據(jù)。接收方收到FIN后，不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但仍可接收數(shù)據(jù)。2被動(dòng)關(guān)閉接收方收到FIN報(bào)文后，響應(yīng)ACK報(bào)文，并進(jìn)入半關(guān)閉狀態(tài)。接收方不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但仍可接收數(shù)據(jù)。發(fā)送方收到ACK后，進(jìn)入半關(guān)閉狀態(tài)，等待接收方的FIN報(bào)文。3關(guān)閉完成發(fā)送方收到接收方的FIN報(bào)文后，響應(yīng)ACK報(bào)文，并完成連接關(guān)閉。發(fā)送方和接收方都已關(guān)閉連接，不再發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。TCP優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)TCP提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它確保數(shù)據(jù)完整性和順序交付。TCP是面向連接的協(xié)議，在數(shù)據(jù)傳輸之前需要建立連接，確保連接有效性。缺點(diǎn)TCP是面向連接的協(xié)議，建立連接需要額外的開銷，會(huì)增加延遲。TCP需要進(jìn)行流量控制和擁塞控制，這些機(jī)制會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率降低。應(yīng)用層協(xié)議對(duì)傳輸層的需求1可靠數(shù)據(jù)傳輸例如，HTTP協(xié)議需要可靠傳輸網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)，確保網(wǎng)頁(yè)完整呈現(xiàn)。2流量控制例如，F(xiàn)TP協(xié)議需要控制數(shù)據(jù)傳輸速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。3安全性例如，電子郵件協(xié)議需要加密數(shù)據(jù)傳輸，保證信息安全。4服務(wù)質(zhì)量例如，實(shí)時(shí)音視頻傳輸需要保證傳輸延遲和數(shù)據(jù)丟失率。HTTP協(xié)議對(duì)傳輸層的需求可靠數(shù)據(jù)傳輸HTTP協(xié)議通常需要確保網(wǎng)頁(yè)和資源可靠地傳輸，而TCP協(xié)議提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，保證數(shù)據(jù)完整性和順序性。流量控制和擁塞控制HTTP協(xié)議需要有效地管理網(wǎng)絡(luò)流量，防止過多的請(qǐng)求導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，TCP協(xié)議提供流量控制和擁塞控制機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性。多路復(fù)用HTTP協(xié)議支持同一連接上發(fā)送多個(gè)請(qǐng)求，TCP協(xié)議的多路復(fù)用功能允許同一連接上同時(shí)傳輸不同數(shù)據(jù)流，提高傳輸效率。FTP協(xié)議對(duì)傳輸層的需求數(shù)據(jù)傳輸可靠性FTP協(xié)議需要傳輸大量文件。數(shù)據(jù)傳輸可靠性至關(guān)重要，確保數(shù)據(jù)完整性、無丟失，防止傳輸錯(cuò)誤。電子郵件協(xié)議對(duì)傳輸層的需求可靠性電子郵件協(xié)議需要確保郵件的可靠傳輸，防止丟失或損壞。安全性電子郵件協(xié)議需要保證郵件內(nèi)容的機(jī)密性，防止被竊取或篡改。效率電子郵件協(xié)議需要實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，確保郵件的及時(shí)送達(dá)。傳輸層安全性數(shù)據(jù)加密傳輸層協(xié)議可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止竊聽和篡改。身份驗(yàn)證傳輸層協(xié)議可以驗(yàn)證通信雙方的身份，防止偽造和欺騙。訪問控制傳輸層協(xié)議可以控制哪些用戶可以訪問哪些數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)安全。SSL/TLS協(xié)議安全套接字層SSL/TLS協(xié)議提供了一種安全的方式來在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)，它使用加密來保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的機(jī)密性，完整性和身份驗(yàn)證。數(shù)據(jù)加密它使用對(duì)稱加密算法來加密實(shí)際數(shù)據(jù)內(nèi)容，并使用非對(duì)稱加密算法來交換密鑰，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｉ矸蒡?yàn)證SSL/TLS協(xié)議可以用于驗(yàn)證服務(wù)器的身份，也可以用于驗(yàn)證客戶端的身份，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性和可靠性。傳輸層服務(wù)質(zhì)量可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，確保數(shù)據(jù)完整無誤地到達(dá)目的地。及時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，保證數(shù)據(jù)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地。帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎退俣?。安全性?shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，防止?shù)據(jù)被竊取、篡改或丟失。實(shí)時(shí)音視頻傳輸?shù)脱舆t實(shí)時(shí)音視頻傳輸要求低延遲，確保音視頻同步，避免卡頓和延遲。高帶寬實(shí)時(shí)音視頻傳輸需要高帶寬，以滿足傳輸大量數(shù)據(jù)，確保流暢的音視頻播放。網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響音視頻傳輸質(zhì)量，需要選擇穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，避免網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)導(dǎo)致的音視頻卡頓。可靠數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)包丟失網(wǎng)絡(luò)中可能存在數(shù)據(jù)包丟失的情況，例如由于網(wǎng)絡(luò)擁塞或設(shè)備故障。數(shù)據(jù)包亂序數(shù)據(jù)包到達(dá)接收方時(shí)，順序可能被打亂。數(shù)據(jù)包重復(fù)數(shù)據(jù)包可能在網(wǎng)絡(luò)中被重復(fù)發(fā)送，導(dǎo)致接收方收到多個(gè)相同的數(shù)據(jù)包。差分服務(wù)數(shù)據(jù)流分類差分服務(wù)將網(wǎng)絡(luò)流量分為不同的優(yōu)先級(jí)類別。例如，實(shí)時(shí)音視頻流通常被標(biāo)記為高優(yōu)先級(jí)，而文件下載則被標(biāo)記為低優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)分配不同的資源。高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流將獲得更多的帶寬和更低的延遲。IntServ和DiffServ模型1IntServ提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)根據(jù)服務(wù)質(zhì)量需求進(jìn)行資源分配和管理，可以滿足對(duì)帶寬、延遲、抖動(dòng)和丟包率等方面有較高要求的應(yīng)用，例如實(shí)時(shí)音視頻傳輸。2DiffServ根據(jù)數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分類