计算机网络：（十二）传输层（上）运输层协议概述

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前言

• 前面我们讲解了计算机网络中网络层的相关知识，包括网络层转发分组的过程、网际控制报文协议（ICMP），以及网络层的重要概念和网际协议（IP），互联网的路由选择协议、IPV6与IP多播。

• 接下来，我们开始讲解计算机网络里新的知识点《传输层》。

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一、运输层的作用

想象一下，两台主机就如同两座大楼，主机里的应用进程（AP₁、AP₂…）就像是大楼里的一个个房间。而运输层，就好比是连接这些房间的通道，它为应用进程之间提供了逻辑上的通信。也就是说，通过运输层，不同主机里的应用进程能像在同一个空间里一样相互交流。

• 在实际情况中，一台主机里往往有多个应用进程同时分别和另一台主机中的多个应用进程通信。

• 比如，你的电脑可能同时在浏览网页、下载文件和聊天，这些不同的操作就是不同的应用进程在和另一台主机（比如服务器）的对应进程通信。

这就需要运输层具备一个重要功能——复用和分用。

• 复用就像是把多个应用进程的数据打包成适合运输的形式。
• 分用则是把收到的数据包准确地分发给对应的应用进程。
• 同时，根据应用程序的不同需求，运输层有两种不同的运输协议：面向连接的TCP和无连接的UDP。就像寄东西，有些东西需要稳妥的快递（类似TCP），有些只需要简单的平邮（类似UDP）。

二、基于端口的复用和分用功能

我们可以把数据传输的过程想象成货物的运输。

• 发送方这边，应用层的各个应用进程就像不同的商家，它们要发送的数据就是不同的货物。
• 运输层的“TCP复用”和“UDP复用”就像两个打包点，分别把来自不同商家（应用进程）的货物（数据）打包成“TCP报文段”和“UDP用户数据报”。
• 然后，网络层的“IP复用”就像一个大仓库，把这些打好包的TCP报文段和UDP用户数据报都装进“IP数据报”这个大集装箱里，准备运输。

接收方那边，过程就反过来了。

• 网络层的“IP分用”先把大集装箱（IP数据报）打开，取出里面的TCP报文段和UDP用户数据报。接着，运输层的“TCP分用”和“UDP分用”就像快递员，把这些包裹分别送到对应的商家（应用进程）手中。

三、屏蔽作用

• 运输层就像一个贴心的助手，它向高层的应用进程屏蔽了下面网络核心的各种复杂细节。

比如网络是怎么连接的，数据是通过哪些路线传输的等等。

这就好比我们打电话，我们不需要知道信号是如何通过基站传输的，也不用关心通信网络的拓扑结构，只需要知道拿起电话能和对方通话就行。应用进程通过运输层，看到的就好像是在两个运输层实体之间有一条直接的、端到端的逻辑通信信道。

四、可靠信道与不可靠信道

• 可靠信道：使用面向连接的协议，比如TCP。

这就像我们寄贵重物品时选择的有追踪和签收服务的快递。发送方会确保数据准确无误地到达接收方，并且接收方会确认收到，如果数据丢失或出错，发送方会重新发送，整个过程是双向且可靠的。

• 不可靠信道：使用无连接的协议，比如UDP。

这就像我们寄平信，我们把信投出去后，无法确定它是否能准确、及时地到达对方手中，可能会丢失，也可能会延迟，接收方也不会反馈是否收到，存在不确定性。

五、运输层的两个主要协议

在TCP/IP体系结构中，运输层有两个主要协议，它们位于应用层下方，IP层上方。

• 用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)：它是无连接的，就像快速投递信件，不需要提前和接收方打招呼，直接发送数据。它的优点是传输速度快，但不能保证数据一定能到达，也不能保证数据的顺序。适合对实时性要求高，不太在意少量数据丢失的场景，比如视频聊天、语音通话。
• 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)：它是面向连接的，就像发送重要文件，会先和接收方建立连接，确认对方准备好接收后再发送数据。在传输过程中，会不断检查数据是否丢失、出错，一旦出现问题就会重新发送，保证数据准确、有序地到达。适合对可靠性要求高的场景，比如文件下载、邮件发送。

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以上就是本篇博客的全部内容，下一篇我们继续探讨计算机网络里面的知识。

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