传输层基础概念

传输层概述

传输层是 OSI 参考模型中的第四层，主要负责在端到端之间提供可靠的数据传输服务。

1. 传输层功能

端到端进程通信

• 进程标识：为应用层进程提供通信服务
• 逻辑连接：在源主机和目标主机之间建立逻辑连接
• 数据传递：将数据从源进程传递到目标进程
• 服务质量：提供不同级别的服务质量保证

传输层寻址（端口号）

• 端口号：16 位整数，用于标识主机内的进程
• 源端口：发送方进程的端口号
• 目的端口：接收方进程的端口号
• 端口分配：
  • 熟知端口：0-1023，分配给常用服务
  • 注册端口：1024-49151，分配给应用程序
  • 动态端口：49152-65535，临时分配

复用与分用

• 复用：多个应用层进程共享传输层服务
• 分用：传输层将接收到的数据分发给相应的应用层进程
• 多路复用：在单一连接上传输多个数据流

差错检测与可靠性

• 差错检测：检测数据传输过程中的错误
• 可靠性保证：确保数据完整、有序、无重复传输
• 重传机制：丢失或错误的数据包重传
• 流量控制：防止发送方过快导致接收方缓冲区溢出

2. 传输层寻址与端口

端口号的作用

• 进程标识：唯一标识主机内的进程
• 服务区分：区分不同的网络服务
• 连接标识：在 TCP 中标识连接
• 数据分发：将数据分发给正确的应用进程

端口号分类

熟知端口（0-1023）：

• 分配给常用网络服务
• 由 IANA 统一管理
• 常见端口：
  • 20/21：FTP（文件传输协议）
  • 22：SSH（安全外壳协议）
  • 23：Telnet（远程登录）
  • 25：SMTP（简单邮件传输协议）
  • 53：DNS（域名系统）
  • 80：HTTP（超文本传输协议）
  • 110：POP3（邮局协议）
  • 143：IMAP（互联网消息访问协议）
  • 443：HTTPS（安全超文本传输协议）

注册端口（1024-49151）：

• 分配给应用程序
• 需要向 IANA 注册
• 常见端口：
  • 1433：Microsoft SQL Server
  • 1521：Oracle 数据库
  • 3306：MySQL 数据库
  • 5432：PostgreSQL 数据库
  • 6379：Redis
  • 8080：HTTP 代理

动态端口（49152-65535）：

• 临时分配给客户端进程
• 由操作系统动态分配
• 客户端发起连接时使用

端口号管理

• 端口分配：操作系统负责端口号分配
• 端口冲突：避免多个进程使用同一端口
• 端口扫描：检测主机开放的端口
• 防火墙：控制端口访问权限

3. 传输层服务类型

无连接服务

• 特点：不需要预先建立连接
• 协议：UDP（用户数据报协议）
• 可靠性：不保证可靠传输
• 适用场景：实时应用、简单查询

面向连接服务

• 特点：需要预先建立连接
• 协议：TCP（传输控制协议）
• 可靠性：保证可靠传输
• 适用场景：文件传输、Web 浏览

服务选择

选择 UDP 的情况：

• 实时性要求高
• 数据量小
• 允许少量数据丢失
• 简单查询服务

选择 TCP 的情况：

• 可靠性要求高
• 数据量大
• 不允许数据丢失
• 文件传输服务

4. 传输层与网络层的关系

层次关系

• 网络层：提供主机到主机的通信
• 传输层：提供进程到进程的通信
• 抽象层次：传输层在网络层基础上提供更高层次的服务

功能分工

网络层功能：

• 路由选择
• 分组转发
• 网络互联

传输层功能：

• 进程通信
• 可靠性保证
• 流量控制

协议栈

• 应用层：HTTP、FTP、SMTP 等
• 传输层：TCP、UDP
• 网络层：IP
• 数据链路层：以太网、WiFi 等
• 物理层：双绞线、光纤等

练习题

练习 1

简述传输层的主要功能。

练习 2

端口号的作用是什么？举例常见端口。