5.1 传输层的服务
5.1.1 传输层功能
通信和信息处理的角度：向上面的应用层提供通信服务，属于面向通信部分的最高层，是用户功能中的最底层
传输层为运行在不同主机上的进程之间提供逻辑通信。网络层提供主机之间的逻辑通信。
只有主机的协议栈才有传输层和应用层。路由器在转发分组时都只用到下三层。即：通信子网没有传输层，通信子网之外的主机才有。
IP协议的作用范围：LAN-路由器-WAN-路由器-LAN，即认为通信双方是两个主机
传输层协议的作用范围：主机-LAN-路由器-WAN-路由器-LAN-主机，认为通信双方是进程，且在逻辑上表现为水平方向。
传输层的功能：
- 进程之间的逻辑通信
-
复用和分用
- 复用：发送方不同的应用进程可以使用同一个传输层协议传送
- 分用：接收方的传输层可以将复用的报文正确交付给相应进程
- 对收到的报文记性差错检测（首部、数据部分），网络层只检查IP的首部
- 提供面向连接的TCP和无连接的UDP，而网络层无法同时实现两种协议，要么虚电路要么逻数据报
传输层同样向高层用户屏蔽了下层的实现细节（如网络拓扑、路由协议），TCP相当于具有全双工的可靠信道，UDP是不可靠信道。
5.1.2 传输层的寻址和端口
1.端口的作用
让应用层的各种应用进程将其数据通过端口向下交付给传输层，并让传输层知道应该将其报文段中的数据向上交付给应用层的进程。
端口就是传输层服务访问点（TSAP，Transport Service Access Point）。端口只有本地意义。不同主机的相同端口号没有联系。
IP地址是网络层的SAP，MAC地址是数据链路层的SAP，端口是传输层的SAP。
硬件端口是不同硬件设备的交互接口，软件端口是各种协议进程和传输实体的交互地址。传输层使用的是软件端口。
2.端口号
长度为16bit，可表示65536个不同端口。只有本地意义。根据范围分为两类，由IANA（互联网数字分配机构）指派：
- 服务端使用的端口号
- 熟知端口号：0-1023，给TCP/IP的最重要程序
- 登记端口号：1024-49151，必须在IANA登记来防止重复。
- FTP:21; SSH:22; TELNET:23; SMTP:25; DNS:53; TFTP:69; HTTP:80; SNMP:161; HTTPS:443; MSSQL:1433; MySQL:3306
- 客户端使用的端口号：49152-65535，短暂端口号（临时端口）
3.套接字
网络中通过IP地址标识和区别不同主机，而用端口号标识和区分不同进程。采用发送方和接收方的套接字（Socket）组合识别端点。所谓套接字实际上是一个通信端点，即：
套接字 = 主机IP地址, 端口号
唯一标识了网络上的一个主机和其上的一个进程。
网络通信中，主机之间发送的报文段包含目的端口号和源端口号，确保发送确认信息。
5.1.3 无连接和面向连接
TCP：面向连接，需要建立和释放连接。不提供广播和组播，具备确认、流量控制 、计时器、连接管理等额外开销。协议数据的头部更大。适用于可靠性优先的场合。
UDP：无连接的非可靠传输层协议。在IP之上仅提供两个附加服务：多路复用和错误检查。执行快，实时性强，主要包括小文件传输（TFTP）、DNS、SNMP、实时协议（RTP）
注意：
- IP数据报在网络层需要经过路由的存储转发，而UDP数据报是在其基础上进行的，对网络层不可见，可认为是逻辑信道的水平传输。
- TCP是传输层抽象的逻辑信道，而虚电路是网络层上面向连接的协议，经过的交换节点必须保存虚电路的状态信息。在网络层采用虚电路则不能在上一层提供无连接服务（已经有了连接），而在传输层采用TCP不影响网络层提供无连接服务。（允许下层无连接而上层高有连接）
5.2 UDP协议
5.2.1 UDP数据报
1.概述
RFC768的UDP只在IP的基础上增加了多路复用分用和差错检测，因此UDP开发主要还是在处理IP。
优点：
- 无建立延时
- 不必在端系统维护连接状态（如拥塞控制、收发缓存）
- 分组首部开销小，TCP20B，UDP8B
- 没有拥塞控制，拥塞不影响主机效率，能容忍数据丢失
常用于一次传输较少的应用，如DNS、SNMP；只提供最大努力交付，不保证可靠交付；面向报文，报文不可分割，是处理的最小的单位。
2. UDP首部格式
首部8字节，分别为：
- 源端口号，2B，不需要回信则全0
- 目的端口号，2B
- UDP长度，2B，是包括首部和数据的总长，最小8B
- UDP校验和，2B，用于检错，有错就丢弃。不用则全为0
5.2.2 校验
计算校验和之前需要在UDP数据报之前添加12B的伪首部，伪首部不进行传输。和IP数据报首部的校验类似，使用二进制反码运算求和再取反取得校验信息。不同在于，IP数据报只检测首部而UDP数据报一起检验首部和数据部分。
发送方：
- 将全0放入校验和字段，添加伪首部
- 将UDP数据报看做16位（2B）子串的集合，若末尾非偶数则添加全0
- 按二进制反码计算这些16位子串的和，并将此和的反码写入校验和字段
接收方：
- 添加伪首部，补为偶数字节数
- 按二进制反码算出16位字的和
- 无差错时，运算结果全为1，否则丢弃
注意：尾部添加的全0、位首部都不发送，只在计算时用到。
5.3 TCP协议
5.3.1 TCP的特点
- 面向连接
- 每个TCP连接只能有两个端点，即每个TCP连接都是点对点的
- TCP提供可靠交付， 保证传输无差错、不丢失
- 全双工，双方能在任何时候发送数据
- TCP面向字节流，应该把传输的数据块看做一连串无结构的字节流
发送缓存：
- 发送应用程序传送到发送方TCP端口，准备发送的数据
- TCP已发送但未收到确认的数据
接收缓存：
- 按序到达但尚未被应用程序读取的数据
- 不按序到达的数据
5.3.2 报文段
TCP传送的数据单元为报文段。分为首部和数据两部分，作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中。首部固定的前20字节是最小长度。后面必须是4N个字节（按照32bit对齐）。
TCP报文段可以实现：
- 运载数据
- 建立和释放连接
- 应答
20B首部的5部分：
- 第一个
4B-源端口和目的端口，各2B - 第二个
4B-序号字段，数据流传送过程中的每个字节都需要编上一个序号。序号字段的值是本报文段中的第一个字节的序号。 - 第三个
4B-确认号，期望收到对方下一个报文段的数据的首字节的编号。确认号为N则表示前N-1个字节都正确收到 - 第四个4B中的
4bit-数据偏移，表示首部长度，即首部和数据部分的距离，以对齐的4B为一个单位，即20B的数据偏移为5个32bit - 第四个4B中的
6bit-保留字段 - 第四个4B中的
6bit-URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN- 紧急位URG：1表示紧急指针字段有效，有需尽快传送的紧急数据
- 确认位ACK：1时确认号字段才有效，否则无效
- 推送位PSH：接收方TCP收到1表示尽快交付不必等缓存满
- 复位位RST：1表示严重差错，需要释放重连
- 同步位SYN：1则表示是连接请求（ACK=0）或连接接受报文（ACK=1）
- 终止位FIN：用于释放连接，1则释放
- 第四个4B中的
2B-窗口字段：指出允许发送的数据量，单位是字节 - 第五个4B中的
2B-检验和：和UDP算法步骤一致，也是按2B分段。但伪首部字段不同 - 第五个4B中的
2B-紧急指针：指出紧急数据的长度，紧急数据保存在数据字段的最前方。 - 选项字段：长度可变，不在最小长度之内。规定了最大报文段长度（Maximum Segment Size，MSS），是数据字段的最长长度
- 填充字段：填充选项字段，使之4B对齐
