【计算机网络笔记】传输层——多路复用和多路分用

系列文章目录

什么是计算机网络？
什么是网络协议？
计算机网络的结构
数据交换之电路交换
数据交换之报文交换和分组交换
分组交换 vs 电路交换
计算机网络性能（1）——速率、带宽、延迟
计算机网络性能（2）——时延带宽积、丢包率、吞吐量/率
计算机网络体系结构概念
OSI参考模型基本概念
OSI参考模型中非端-端层（物理层、数据链路层、网络层）功能介绍
OSI参考模型中端-端层（传输层、会话层、表示层、应用层）功能介绍
TCP/IP参考模型基本概念，包括五层参考模型
网络应用的体系结构
网络应用进程通信
网络应用对传输服务的需求
Web应用之HTTP协议（涉及HTTP连接类型和HTTP消息格式）
Cookie技术
Web缓存/代理服务器技术
传输层服务概述、传输层 vs. 网络层

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为什么要进行多路复用/分用？

如果某层的一个协议对应直接上层的多个协议/实体，则需要复用/ 分用

传输层的核心功能是提供应用进程之间的逻辑信机制，而一个主机上有着许多应用程序，所以传输层提供的一个最基本的功能就是多路复用（多路分用）。

比如下面这张图，host2的应用层上运行这两个应用进程：P1和P2。host1上的P3进程会给host2的P1进程发送报文段；host3上的P4进程会给host2的P2进程发送报文段。在这样一个情况下，host2的传输层作为接收端就必须进行多路分用。因为下面的网络层协议只有一个，那从网络层接收到报文段之后，传输层必须要做的事情是把接收的报文段正确地交付给不同的进程。相反，如果在发送端有多个应用进程，那发送端必须从多个Socket接收数据，再通过统一的网络层发送出去，发出去之前为每块数据封装上正确的头部信息，生成 Segment报文端。这就是多路复用。

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什么是多路复用/分用？

• 接收端进行多路分用：传输层依据头部信息将收到的 Segment交给正确的Socket， 即不同的进程。
• 发送端进行多路复用：从多个Socket接收数据，为每块数据封装头部信息，生成Segment，交给网络层。

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分用如何工作（基本原理）？

1. 主机接收到IP数据报(datagram)

   • 每个数据报携带源IP地址、目的IP地址
   • 每个数据报携带一个传输层的段(Segment ）
   • 每个段携带源端口号和目的端口号

2. 主机收到Segment之后，传输层协议提取IP地址和端口号信息，将Segment导向相应的Socket，也就是相应的进程。

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无连接的多路分用

也就是面向UDP协议的。

• 在服务器端利用端口号创建Socket。对于UDP的Socket是用二元组标识。二元组包括目的IP地址和目的端口号、
• 主机收到UDP段后，会检查段中的目的端口号，然后将UDP段导向绑定在该端口号的Socket。
• 对于来自不同源IP或源端口号的IP数据包，如果目的地址和目的端口号相同，就会被导向同一个Socket。源端口号用于“返回地址”。

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面向连接的分用

• TCP的Socket用四元组标识：

  • 源IP地址
  • 源端口号
  • 目的IP地址
  • 目的端口号

• 接收端利用所有的四个值将 Segment导向合适的Socket

• 服务器可能同时支持多个TCP Socket。每个Socket用自己的四元组标识。比如说Web服务器为每个客户端开不同的 Socket。

一定要注意TCP连接是一对一的，一个客户机进程对应一个服务器进程。

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面向连接的分用之多线程Web服务器

进程耗费的资源是比较多的，随着技术的进步，可以让一个进程创建多个线程，它是轻量级的进程机制。这样就可以把线程和TCP连接绑在一起。我们就可以通过不同的线程维持多个TCP连接。