运输层向它上面的应用层提供通信服务，两个主机进行通信就是两个主机中的应用进程相互通信。通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程。端到端的通信是应用进程之间的通信。
引入运输层的原因： 增加复用和分用的功能、 消除网络层的不可靠性、 提供从源端主机到目的端主机的可靠的、与实际使用的网络无关的信息传输
运输层的作用：向它上边的应用层提供通信服务，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层
运输层的协议：面向连接的TCP, 无连接的UDP
运输层的设备：网关
进程间的通信
真正进行通信的实体是在主机中的进程，是这台主机中的一个进程和另一台主机中的一个进程在交换数据(即通信)。因此严格地讲，两台主机进行通信就是两台主机中的应用进程互相通信。IP协议虽然能把分组送到目的主机，但是这个分组还停留在主机的网络层而没有交付主机中的应用进程。从运输层的角度看，通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程，
分用和复用
运输层有一个重要功能：复用（multiplexing）和分用（demultiplexing）。
- 复用指在发送方不同的应用进程都可以使用同一个运输层协议传送数据；
- 分用指接收方的运输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付目的应用进程。
以下为运输层的传输示意图
网络层是为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信 运输层还要对收到的报文进行检测。
运输层的两种协议
根据应用程序的不同需求，运输层需要有两种不同的运输协议，面向连接的TCP和无连接的UDP：
- 当运输层采用面向连接的TCP协议时，尽管下面的网络是不可靠的，但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道 。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。例如电子邮件，确保文本不出错，可能缓慢，但更安全可靠
- 当运输层采用无连接UDP协议时，这种逻辑通信信道仍然是一条不可靠信道。UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP却是一种最有效的工作方式。例如通讯类软件，容忍出现一定杂音，但要求实时性
运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节（如网络拓扑、所采用的路由选择协议等），它使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道，但这条逻辑信道对上层的变现却因运输层使用的不同协议而又很大的差别。应用层对应的传输层协议如下：
UDP和TCP的主要区别
- TCP提供面向连接的、可靠的数据流传输，而UDP提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输。
- TCP传输单位称为TCP报文段，UDP传输单位称为用户数据报。
- TCP注重数据安全性，UDP数据传输快，因为不需要连接等待，少了许多操作，但是其安全性却一般。
主要就是以上三种区别。
运输层的端口
为了满足分用和复用的条件，给应用层的每个应用进程赋予一个非常明确的标志是至关重要的，在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口，和路由器或交换机上的硬件端口是完全不同的概念。硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口，而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址
- TCP/IP的运输层用一个16位端口号来标志一个端口。但请注意**，端口号只具有本地意义**，它只是为了标志本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口
- 在互联网不同计算机中，相同的端口号是没有关联的。16位的端口号可允许有65535个不同的端口号，这个数目对一个计算机来说是足够用的
也就是说可以有65535个应用程序用不同的端口，每台电脑都足够了。
对应关系
分为：运输层TCP对应的应用程序，运输层UDP对应的应用程序。
运输层TCP对应的应用程序：
- FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。
- Telnet：一种用于远程登陆的端口，使用23端口，用户可以以自己的身份远程连接到计算机上，可提供基于DOS模式下的通信服务。
- SMTP：邮件传送协议，用于发送邮件。服务器开放的是25号端口。
- POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。POP3协议所用的是110端口。
- HTTP：是从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。
运输层UDP对应的应用程序：
- DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。
- SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。
- TFTP，简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。
以上就是熟知的一些传输协议。
UDP协议
UDP用户数据报协议，是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。
UDP协议特点
UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象，实际应用中要求程序员编程验证。
- UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接(当然，发送数据结束时也没有连接可释放)，因此减少了开销和发送数据之前的时延。
- UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表(这里面有许多参数)。
- UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。
- UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。它允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。
- UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
- UDP的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短
UDP与TCP位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询—应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。
UDP报文结构
IP数据报的检验和检验IP数据报的首部，UDP检验和是把首部和数据部分一起都检验的。
每个UDP报文分UDP报头和UDP数据区两部分。首部字段很简单，只有8个字节由四个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。各字段意义如下：
- 源端口，在需要对方回信时选用。不需要时可用全。
- 目的端口，在终点交付报文时必须使用。
- 长度UDP，用户数据报的长度，其最小值是8(仅有首部))。
- 检验和，检测UDP用户数据报在传输中是否有错，有错就丢弃。
当运输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交最后的终点——应用进程
TCP/IP协议
TCP/IP协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。通俗而言：
- TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址
- IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层—TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。
- IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是否按顺序发送的或者有没有被破坏，IP数据包中含有发送它的主机的地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。
TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。
TCP报文段的首部格式
TCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元却是报文段。一个TCP报文段分为首部和数据两部分，而TCP的全部功能都体现在它首部中各字段的作用：
一下是各个属性的含义：
- 端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。TCP报头中的源端口号和目的端口号同IP数据报中的源IP与目的IP唯一确定一条TCP连接。
- 源端口：源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。
- 目的端口：端口指明接收方计算机上的应用程序接口。
- 序号和确认号：是TCP可靠传输的关键部分。
- 序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号。
在TCP传送的流中，每一个字节一个序号。e.g.一个报文段的序号为300，此报文段数据部分共有100字节，则下一个报文段的序号为400。所以序号确保了TCP传输的有序性。 - 确认号，即ACK，指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。确认号只有当ACK标志为1时才有效。比如建立连接时，SYN报文的ACK标志位为0。
- 数据偏移／首部长度：4bits。由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，报头不包含任何任选字段则长度为20字节，4位首部长度字段所能表示的最大值为1111，转化为10进制为15，15*32/8 = 60，故报头最大长度为60字节。首部长度也叫数据偏移，是因为首部长度实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。
- 保留：为将来定义新的用途保留，现在一般置0。
- 控制位：URG ACK PSH RST SYN FIN，共6个，每一个标志位表示一个控制功能。
- URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。
- ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。
- PSH：push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。
- RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。
- SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应该捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。
- FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。
- 窗口：滑动窗口大小，用来告知发送方接受端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。窗口大小时一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535。
- 校验和：奇偶校验，此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。
- 紧急指针：只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和顺序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号**。 TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式**。
- 选项和填充：最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置SYN标志为1的那个段）中指明这个选项，它表示本端所能接受的最大报文段的长度。选项长度不一定是32位的整数倍，所以要加填充位，即在这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是32的整数倍。
- 数据部分： TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时，双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送，也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中，也会发送不带任何数据的报文段。
理解了TCP数据报的格式后方便深入的进入到TCP的实现原理。
