说明传输层提供的服务、端口寻址、复用分用和 UDP 报文格式与应用特点。

# 传输层的定位

传输层位于应用层和网络层之间。网络层提供主机到主机的通信，传输层在此基础上提供 进程到进程 的通信。

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flowchart LR
    A[主机 A 的应用进程] --> B[传输层]
    B --> C[网络层<br/>主机到主机]
    C --> D[网络层]
    D --> E[传输层]
    E --> F[主机 B 的应用进程]

传输层的核心任务：

• 为应用进程提供端到端通信。
• 使用端口号区分不同应用进程。
• 提供复用与分用。
• 根据协议提供可靠或不可靠传输。
• 可提供流量控制、拥塞控制等机制。

# 传输层寻址与端口

端口号用于标识主机上的应用进程，长度为 16 bit，范围为：

$$0 \sim 65535$$

常见分类：

常见端口：

# 复用与分用

# 复用

发送方多个应用进程的数据都交给传输层，传输层为其添加首部后交给网络层。

# 分用

接收方传输层收到报文段后，根据目的端口号把数据交给对应应用进程。

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flowchart TB
    A[HTTP 进程] --> T[传输层复用]
    B[DNS 进程] --> T
    C[邮件进程] --> T
    T --> IP[网络层]
    IP --> R[接收方传输层分用]
    R --> D[目的端口 80]
    R --> E[目的端口 53]
    R --> F[目的端口 25]

# 无连接服务与面向连接服务

二者对比：

# UDP 协议

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是无连接、不可靠、面向报文的传输层协议。

# UDP 特点

• 无连接：发送前不需要建立连接。
• 尽最大努力交付：不保证到达、不保证顺序、不保证不重复。
• 面向报文：应用层交下来的报文，UDP 保留其边界。
• 首部开销小：UDP 首部只有 8B。
• 支持一对一、一对多、多对一、多对多通信。
• 无拥塞控制：适合实时应用，但可能加重网络拥塞。

# UDP 用户数据报格式

UDP 首部固定 8B。

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title: "UDP 首部格式"
---
packet
0-15: "源端口"
16-31: "目的端口"
32-47: "长度"
48-63: "校验和"

字段：

UDP 长度字段最小值为 8，因为只有首部时就是 8B。

# UDP 校验

UDP 校验和用于检测传输过程中是否出错，校验范围包括：

• UDP 首部。
• UDP 数据。
• 伪首部。

伪首部不是 UDP 真正发送的首部，只参与校验计算。

IPv4 UDP 伪首部包含：

# UDP 适用场景

UDP 适合：

• 对实时性要求高、允许少量丢失的应用。
• 请求 / 响应很短、建立连接开销不划算的应用。
• 广播或组播应用。
• 应用层自己控制可靠性的协议。

典型例子：

# 本节考点

1. 传输层提供进程到进程通信，网络层提供主机到主机通信。
2. 端口号长度 16 bit，范围 0~65535。
3. 复用是多个应用交给传输层，分用是传输层按端口交给应用。
4. UDP 无连接、不可靠、面向报文，首部固定 8B。
5. UDP 校验和覆盖 UDP 首部、数据和伪首部。
6. DNS 常用 UDP 53，DHCP 使用 UDP 67/68。
7. UDP 适合实时、短报文、广播 / 组播或应用层自定义可靠性的场景。