计算机网络原理谢希仁第八版答案第五章：运输层
一、运输层的作用和功能
运输层是计算机网络体系结构中的重要一层，它位于网络层之上，为应用层提供端到端的通信服务，运输层的主要作用是负责将应用层的数据分段并进行传输，以及提供差错控制、流量控制和拥塞控制等功能，以确保数据的可靠传输。
运输层的主要功能包括以下几个方面：
1、分段与重组：将应用层的数据分段成较小的数据包，以便在网络中传输，在接收端，运输层将这些数据包重组回原来的应用层数据。
2、差错控制：通过使用校验和、确认和重传等机制，检测和纠正传输过程中出现的差错。
3、流量控制：根据接收方的处理能力，调整发送方的数据发送速率，以避免接收方缓冲区溢出。
4、拥塞控制：监测网络拥塞情况，并采取相应的措施来避免网络拥塞的发生。
5、端口寻址：为应用程序提供唯一的标识，以便在网络中进行通信。
二、运输层的协议
运输层的协议主要有两种：TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。
TCP 是一种面向连接的、可靠的运输层协议，它通过三次握手建立连接，通过四次挥手关闭连接，TCP 提供了差错控制、流量控制和拥塞控制等功能，以确保数据的可靠传输。
UDP 是一种无连接的、不可靠的运输层协议，它不提供差错控制、流量控制和拥塞控制等功能，但是它具有传输效率高、开销小等优点，UDP 通常用于实时性要求较高的应用程序，如视频会议、在线游戏等。
三、运输层的端口
端口是运输层协议为应用程序提供的一种标识机制，每个应用程序都有一个唯一的端口号，通过端口号，运输层协议可以将数据准确地发送到相应的应用程序。
端口号的范围是 0 到 65535，0 到 1023 是系统保留的端口号，通常用于一些知名的应用程序，如 HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）、FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）等，1024 到 65535 是用户自定义的端口号，可以由应用程序自由分配。
四、运输层的服务质量（QoS）
服务质量（QoS）是指网络为应用程序提供的服务质量，运输层的 QoS 主要包括以下几个方面：
1、带宽：网络能够提供的最大数据传输速率。
2、延迟：数据从发送方到接收方所经历的时间。
3、抖动：延迟的变化量。
4、丢包率：数据包丢失的比例。
运输层的 QoS 可以通过以下几种方式来实现：
1、流量控制：通过调整发送方的数据发送速率，来避免网络拥塞，从而提高 QoS。
2、拥塞控制：通过监测网络拥塞情况，并采取相应的措施来避免网络拥塞的发生，从而提高 QoS。
3、优先级标记：为不同类型的数据包设置不同的优先级标记，以便网络能够优先传输高优先级的数据包，从而提高 QoS。
4、资源预留：为特定的应用程序预留一定的网络资源，以便这些应用程序能够获得更好的 QoS。
五、运输层的实例分析
为了更好地理解运输层的作用和功能，下面我们通过一个实例来进行分析。
假设我们有一个客户端和一个服务器，客户端需要向服务器发送一个文件，在这个过程中，运输层将发挥以下作用：
1、分段与重组：客户端将文件分成多个数据包，并在每个数据包中添加头部信息，包括源端口号、目的端口号、序列号、确认号等，这些头部信息将用于在网络中传输数据包，并在接收端进行重组。
2、差错控制：客户端在发送每个数据包时，都会计算一个校验和，并将其添加到数据包的头部中，服务器在接收每个数据包时，都会计算一个校验和，并将其与数据包头部中的校验和进行比较，如果两个校验和不一致，说明数据包在传输过程中出现了差错，服务器将请求客户端重新发送该数据包。
3、流量控制：服务器会根据自己的处理能力，向客户端发送一个窗口大小字段，告知客户端自己能够接收的最大数据包数量，客户端会根据服务器发送的窗口大小字段，调整自己的数据发送速率，以避免服务器缓冲区溢出。
4、拥塞控制：服务器会监测网络拥塞情况，并向客户端发送一个拥塞窗口大小字段，告知客户端自己能够接收的最大数据包数量，客户端会根据服务器发送的拥塞窗口大小字段，调整自己的数据发送速率，以避免网络拥塞的发生。
5、端口寻址：客户端和服务器会通过端口号来标识自己的应用程序，客户端会在数据包的头部中添加源端口号和目的端口号，以便服务器能够将数据包准确地发送到相应的应用程序。
通过以上步骤，运输层将能够确保客户端和服务器之间的数据传输的可靠性和效率。
六、总结
运输层是计算机网络体系结构中的重要一层，它为应用层提供端到端的通信服务，运输层的主要作用是负责将应用层的数据分段并进行传输，以及提供差错控制、流量控制和拥塞控制等功能，以确保数据的可靠传输，运输层的协议主要有 TCP 和 UDP 两种，它们分别适用于不同的应用场景，运输层的端口是为应用程序提供的一种标识机制，通过端口号，运输层协议可以将数据准确地发送到相应的应用程序，运输层的 QoS 主要包括带宽、延迟、抖动和丢包率等方面，通过流量控制、拥塞控制、优先级标记和资源预留等方式，可以实现运输层的 QoS，通过一个实例分析，我们可以更好地理解运输层的作用和功能。
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