计算机网络：运输层

0 本节主要内容

问题描述
解决思路

1 问题描述

1.1 知识回顾

利用如下拓扑对前面的知识进行回顾。

问题：源主机${\text{H}}_1$要和目的主机${\text{H}}_2$进行通信，源主机${\text{H}}_1$要构建数据包封装来自应用层的数据。根据MAC层和IP层首部字段信息，同学们可以去思考如何填充以下四个字段：（MAC目的地址，MAC源地址，IP源地址，IP目的地址）？


步骤：

• 源主机${\text{H}}_1$知道自己的IP地址，以及要送达的目的主机${\text{H}}_2$的IP地址，也知道自己的MAC地址，唯一不知道的信息是目的MAC地址，那么首先要解决的是目的MAC地址填哪个的？
• 根据前面的知识，我们知道${\text{H}}_1$要填的目的MAC地址是路由器${\text{R}}_1$接口0的MAC地址，那怎么才能知道接口0的MAC地址呢？
• 由于${\text{H}}_1$主机在配置网络的时候配置了缺省网关，缺省网关就是接口0的IP地址，知道了接口0的IP地址，利用ARP协议，就可以知道接口0的MAC地址，这样就可以把数据包完整的构建出来了；
• 根据交换机的原理，数据包利用交换机转发机制转发到路由器${\text{R}}_1$；
• 路由器${\text{R}}_1$如何把数据交给目的主机${\text{H}}_2$？利用数据包中目的IP地址查路由表，按照最长匹配原则，发现路由器${\text{R}}_1$的路由表中的第二项匹配，也就是数据包要转发给接口1；
• 接下来就是接口1如何把数据包交给目的主机${\text{H}}_2$的问题了？因为目的主机${\text{H}}_2$和路由器${\text{R}}_1$接口1处于同一个子网，又需要重新构建数据包，四个字段（MAC目的地址，MAC源地址，IP源地址，IP目的地址）的“MAC源地址，IP源地址，IP目的地址”都是已知的，只有MAC目的地址未知，同样利用ARP协议，就可以知道目的主机${\text{H}}_2$的MAC地址，这样就可以把数据包完整的构建出来了；
• 再利用交换机转发机制，将数据包转发给目的主机${\text{H}}_2$。

同学们也可以利用这个拓扑，复习一下如下知识：

• 交换机工作原理：在一个局域网中，如何利用交换机进行转发的？交换机中的转发表又是如何学习到的？
• 子网划分：给定一个网络号128.1.0.0/16，如何划分为拓扑所示的三个子网？
• IP分片：源主机${\text{H}}_1$向目的主机${\text{H}}_2$发送的数据包长度超过了以太网的运输能力，如何进行分片？分片的数据包又如何进行转发？到达目的主机后又如何进行重组？
• 路由选择协议：拓扑中路由器${\text{R}}_1$和${\text{R}}_2$的路由表是如何学习得到的？
• ARP协议：已知对方的IP地址，如何学习到对方的MAC地址？

1.2 问题描述

• 问题1：通过上面的描述，我们知道源主机${\text{H}}_1$是如何把数据传输给目的主机${\text{H}}_2$的，但是网络通信实际上是源主机${\text{H}}_1$的一个进程和目的主机${\text{H}}_2$的一个进程进行通信，又如何来表示这种进程间通信呢？
• 问题2：网络层提供的是尽最大努力交付的服务，换句话说，提供的是不可靠服务；面对有些应用，需要提供可靠服务，怎么办？

2 解决思路

2.1 进程间通信的问题：端口

• 复用：应用进程都可以通过运输层再传送到 IP 层（网络层）。
• 分用：运输层从 IP 层收到发送给应用进程的数据后，必须分别交付给指明的各应用进程。如何指明各应用进程？

实际网络存在如下的现象：

• 发送方很难获得接收方的进程id号，因为进程的创建和撤销都是动态的；
• 发送方实际上只需要接收方提供一个功能来识别终点，并不关心是哪个进程来实现这个功能，也就是说，实现这个功能的进程是接收方本地的事，发送方并不关心；
• 上面的意思可以换一种说法：接收方可以改变接收报文的进程，但不需要通知发送方。

解决方法：在运输层使用协议端口号 (protocol port number)，简称为端口 (port)。把端口设为通信的抽象终点。

端口用一个 16 位端口号进行标志，允许有 65,535 个不同的端口号。
两大类、三种类型的端口：

常用的熟知端口：

2.2 可靠传输的问题：TCP协议

TCP协议包括三个重要的技术：

• 可靠传输协议：停止等待协议、连续ARQ协议（滑动窗口）；
• 流量控制：滑动窗口协议；
• 拥塞控制。