计算机网络传输层需要解决的问题

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳地利用网络资源，为两个端系统的进程（Process）之间提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。传输层传送的协议数据单元称为报文段（Segment）。与网络层的功能不同，如图5.1所示，网络层只是负责根据网络地址找到一条合适的路径将源端发出的分组传送到目的端，而传输层则是负责将报文段从源端进程可靠地传送到目的端进程。为此，传输层需要解决以下问题：

图5.1　传输层与网络层协议的作用范围比较

（1）进程的命名与寻址：在单台主机中，不同的进程是用一个16比特的进程号（Process ID）来唯一标识的，其中，进程号也称为端口号（Port Number）。但在网络环境下，由于不同的主机上运行的进程可能会具有相同的端口号，从而导致不同的进程需要用二元组<IP地址，进程端口号>才能唯一标识。因此，如图5.2所示，与网络层可使用基于IP地址来进行寻址不同，传输层需要使用上述二元组<IP地址，端口号>才能实现寻址。显然，一个完整的传输层连接由于包括了一对参与通信的进程，因此，需要用一个五元组<协议，本地地址，本地端口号，远程地址，远程端口号>来进行标识。

（2）进程间相互作用的模式：如图5.3所示，在TCP/IP协议体系中，进程间的相互作用一般采用的是客户/服务器（Client/Server）模型，其中，客户与服务器分别表示相互通信的两个应用程序的进程。在C/S模式中，客户向服务器发出服务请求，为进程通信中的发起方，服务器则响应客户的请求，并为客户提供所需要的服务，为进程通信中的接收方（服务提供方）。每一次通信均由客户进程随机启动，服务器进程处于等待状态，以及时响应客户进程的服务请求。

图5.2　传输层的寻址方式

图5.3　进程间相互作用的模式

在TCP/IP协议中，由于端口号的长度为16比特，因此，端口号的取值范围为0～65 535，如图5.4所示。国际互联网地址指派机构IANA（Internet Assigned Numbers Authority）将端口号数值范围划分熟知端口号、注册端口号和临时端口号三种不同类型，其中：

图5.4　端口号的取值范围与分类

◆ 熟知端口号（0～1023）：这些端口号由IANA专门指派和控制，用于提供一些众所周知的数据传输服务。例如：20为文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）的专用端口号，23为电信网络协议Telnet（Telecommunications Network Protocol，也称为远程登录协议）的专用端口号，25为简单邮件传输协议SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）的专用端口号，53为域名服务器DNS（Domain Name Service）的专用端口号，69为简单文件传输协议TFTP （Trivial File Transfer Protocol）的专用端口号，80为超文本传送协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）的专用端口号，161为简单网络管理协议SNMP（Simple Network Management Protocol）的专用端口号等。

◆ 注册端口号（1024～49 151）：这些端口号可以在IANA注册独享，以防出现重复。

◆ 临时端口号（49 152～65 535）：这些端口号可以由任何进程临时使用。