（考研湖科大教书匠计算机网络）第五章传输层-第一、二节：传输层概述及端口号、复用分用等概念

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• 【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：传输层端口号、复用与分用的概念

一：传输层概述

（1）概述

传输层：前面章节所介绍的计算机网络体系结构中的物理层、数据链路层以及网络层它们共同解决了将主机通过异构网络互联起来所面临的问题，实现了主机到主机的通信，但实际上在计算机网络中进行通信的真正实体是位于通信两端主机中的进程。如何为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务是传输层的任务，传输层协议又称为端到端协议

如下图，AP1和AP2是局域网1上某主机与网络通信相关的两个应用进程，AP3和AP4是局域网2上某主机与网络通信相关的两个应用进程

（2）从计算机网络体系结构角度看传输层

从计算机网络体系结构角度来看，传输层直接为应用进程间的逻辑通信提供服务。所谓逻辑通信是指，传输层之间的通信好像是沿着水平方向传送数据，但事实上这两个传输层之间并没有一条水平方向上的物理连接，要传送的数据是沿着如下图上下多次的虚线方向传送的

如下图，AP1与AP4之间进行基于网络的通信，AP2与AP3之间进行基于网络的通信。在运输层使用不同的端口来对应不同的应用进程，然后通过网络层及其下层来传输应用层报文。接收方的应用层通过不同的端口将收到的应用层报文交付给应用层相应的应用进程

（3）传输层意义

传输层：传输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节(如网络拓扑、所采用的路由选择协议等，它使应用进程看见的就好像是在两个运输层实体之间有条端到端的逻辑通信信道 。根据应用需求的不同，因特网的运输层为应用层提供了两种不同的运输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP，这两种协议就是本章要讨论的主要内容

二：端口号、复用和分用

（1）端口号

A：概述

端口号：运行在计算机上的进程使用进程标识符PID来标志。因特网上的计算机并不是使用统一的操作系统，不同的操作系统(windows, Linux, Mac OS)又使用不同格式的进程标识符。为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程之间能够进行网络通信，就必须使用统一的方法对TCP/IP体系的应用进程进行标识。因此，TCP/IP体系的传输层使用端口号来区分应用层的不同应用进程。需要注意的是，端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标识本计算机应用层中的各进程，在因特网中,不同计算机中的相同端口号是没有联系的

B：分类

端口号分类：端口号使用1 6比特表示，取值范围0~65535，分为如下三类

• 熟知端口号： 范围为0~1023，IANA把这些端口号指派给了TCP/IP体系中最重要的一些应用协议。例如
  • FTP：21/20
  • HTTP80
  • DNS使用53
• 登记端口号： 范围为024~49151，为没有熟知端口号的应用程序使用，使用这类端口号必须在IANA按照规定的手续登记，以防止重复。例如Microsoft RDP微软远程桌面使用的端口是3389
• 短暂端口号： 范围为49152~65535，留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的动态端口号。通信结束后,这个端口号可供其他客户进程以后使用

C：TCP/IP体系的应用层常用协议所使用的运输层熟知端口号

如下图，不管在传输层使用UDP还是TCP协议，在网络层都需要使用IP协议。IP数据报首部中协议字段的值表明了IP数据报数据载荷部分封装的是何种协议数据单元

（2）发送方复用和接收方分用

如下图

• 发送方复用：
  • 发送方某些应用进程所发送的不同应用报文，在传输层可能会使用UDP协议或TCP协议进行封装，分别对应UDP复用和TCP复用
  • 传输层使用端口号来区分不同的应用进程
  • 无论是UDP复用而成的UDP用户数据报还是TCP复用而成的TCP报文段，在网络层都需要使用IP协议封装为IP数据报，这称为IP复用
  • IP数据报首部中协议字段的值用来表明IP数据报数据载荷部分封装的是何种协议数据单元
    • 取值为6表示封装的是TCP报文段
    • 取值为17表示封装的是UDP用户数据报
• 数据传送
• 接收方分用：
  • 接收方网络层收到IP数据报后进行IP分用
    • 若IP数据报首部中协议字段值为17，则把IP数据报数据载荷部分所封装的UDP用户数据报上交传输层的UDP
    • 若IP数据报首部中协议字段值为6，则把IP数据报数据载荷部分所封装的TCP报文段上交传输层的TCP
  • 传输层对UDP用户数据报进行UDP分用、对TCP报文段进行TCP分用，也即根据端口号将它们交付给上层相应的应用进程