1. 传输层概述

1.1 传输层

• 传输层是 只有主机才有的层次

• 传输层的功能：

  1. 传输层 提供 进程和进程之间 的逻辑通信

     网络层 提供 主机之间 的逻辑通信

  2. 复用和分用

     复用就像一家人写信，放入同一个邮箱

     分用就像放入一个邮箱的信，发往给不同人

  3. 传输层对收到的报文进行差错检测

  4. 传输层的两种协议——TCP、UDP

1.2 传输层的两个协议

• TCP 可靠，面向连接，时延大，适用于大文件
• UDP 不可靠，无连接，时延小，适用于小文件

1.3 传输层的寻址与端口

• 复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网络层
• 分用：传输层从网络层收到数据后交付指明的应用进程

• 端口 ：是传输层的 SAP，标识主机中的应用进程. 逻辑端口/软件端口 （看不到的，不像电脑上u盘插口这些硬件端口）

• 在网络中采用发送方和接收方的套接字组合来识别端点， 套接字 唯一标识了网络中的一个主机和它上面的一个进程。
  $$套接字Socket=(主机IP地址，端口号)$$

2. UDP协议

• UDP只在 IP数据报服务之上增加了很少功能，即 复用、分用和差错检测 功能。

2.1 UDP 的主要特点：

1. UDP 是 无连接 的，减少开销和发送数据之前的时延。

2. UDP使用最大努力交付，即 不保证可靠交付。

3. UDP是 面向报文 的，适合一次传输少量数据的网络应用。

   

   应用层给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个完整报文

4. UDP无拥塞控制，适合很多实时应用。

5. UDP首部 开销小， 8 B；

   而 TCP首部 是 20 B.

2.2 UDP首部格式

分用时，找不到对应的目的端口号，就丢弃报文，并给发送方发送 ICMP “端口不可达” 差错报告报文。

2.3 UDP 校验

• 伪首部

  

   

• UDP校验

  

   

  ???? 在发送端：

  1. 填上伪首部
  2. 全0填充检验和字段
  3. 全0填充数据部分（UDP数据报要看成许多 4B 的字串接起来）
  4. 伪首部 + 首部 + 数据部分 采用二进制反码求和
  5. 把和求反码填入检验和字段
  6. 去掉伪首部，发送

   

  ???? 在接收端：

  1. 填上伪首部
  2. 伪首部 + 首部 + 数据部分 采用二进制反码求和
  3. 结果全为 1 则无差错，否则丢弃数据报 / 交给应用层附上 差错的警告

  • 补充：二进制反码求和：

    

    参考文档：

    ???? 二进制反码求和运算

    ???? 计算机网络传输层UDP检验和计算 二进制反码加法详解（两种方法）

3. TCP协议

3.1 TCP协议的特点

1. TCP是 面向连接（虚连接） 的传输层协议。（类似打电话，先建立连接）

2. 每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是 点对点 的。（无法进行广播）

3. TCP提供 可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按序到达。（可靠有序，不丢不重）

4. TCP提供全双工通信：

   双方都有发送缓存和接收缓存

   • 发送缓存：准备发送的数据&已发送但尚未收到确认的数据
   • 接收缓存：按序到达但尚未被接收应用程序读取的数据&不按序到达的数据

5. TCP面向字节流—>TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的 无结构的字节流。

   流：流入到进程或从进程流出的字节序列。

3.2 TCP报文段首部格式

• 序号：

  在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本报文段所发送数据的 第一个字节的序号。

• 确认号:

  期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。

  若确认号为N，则证明到序号 N-1 为止的所有数据都已正确收到。

  

• 数据偏移（首部长度）:

  TCP报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远，以 4B 位为单位，即1个数值是 4B.

  

  范围在 20B ~ 60B之间

• 6个控制位

  • 紧急位URG：

    URG = 1时，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用.

  • 确认位ACK：

    ACK = 1时确认号有效，在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置为1.

  • 推送位PSH：

    PSH = 1时，接收方尽快交付接收应用进程，不再等到缓存填满再向上交付.

    URG是发送端的，PSH是接收端的

    

  • 复位RST：

    RST = 1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接.

  • 同步位SYN：

    SYN = 1时，表明是一个连接请求 / 连接接受报文.

  • 终止位FIN：

    FIN = 1时，表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接.

• 窗口：

  指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量.

• 校验和：

  检验首部 + 数据，检验时要加上 12B 伪首部，第四个字段为6.

• 紧急指针:

  URG = 1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数.

• 选项：

  最大报文段长度 MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认…

• 填充：

  选项部分不足4B的整数倍时，为确保为4B的整数倍，进行填充，一般是填0.

3.3 TCP连接管理

• TCP连接传输三个阶段

  

  TCP 连接的建立采用 客户服务器方式 ，主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫服务器。

3.3.1 TCP的连接建立

• ROUND 1

  客户端发送 连接请求报文段，无应用层数据

  SYN = 1，seq = x (随机)

• ROUND 2

  服务器端为该TCP连接 分配缓存和变量，并向客户端返回 确认报文段，允许连接，无应用层数据

  SYN = 1，ACK = 1，seq = y (随机)，ack = x + 1

• ROUND 3

  客户端为该TCP连接 分配缓存和变量，并向服务器端返回确认的确认，可以携带数据

  SYN = 0，ACK = 1，seq = x + 1，ack = y + 1

3.3.2 TCP的连接释放

• ROUND 1

  客户端发送 连接释放报文段，停止发送数据，主动关闭 TCP 连接

  FIN = 1，seq = u

• ROUND 2

  服务器端回送一个确认报文段，客户到服务器这个方向的连接就释放了——半关闭状态

  ACK = 1，seq = v，ack = u + 1

• ROUND 3

  服务器端发送完数据，就发送连接释放报文段，主动关闭 TCP 连接

  FIN = 1，ACK = 2，seq = w，ack = u + 1

• ROUND 4

  客户端回送一个确认报文段，再等到时间等待计时器设置的 2MSL (最长报文段寿命)后，连接彻底关闭

  ACK = 1，seq = u + 1，ack = w + 1

3.4 TCP 可靠传输

• 可靠：保证接收方进程从缓存区读出的字节流与发送方发出的字节流是完全一样的。

  序号：

 确认：

 重传：

冗余ACK（冗余确认）：

3.5 TCP 流量控制

• 流量控制：让 发送方慢点，要让接收方来得及接收。

• TCP 利用 滑动窗口 机制实现流量控制。

  在通信过程中，接收方根据自己 接收缓存的大小，动态地调整发送方的发送窗口大小，即接收窗口 rwnd(接收方设置确认报文段的 窗口字段 来将 rwnd 通知给发送方)，发送方的 发送窗口取接收窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd 的最小值。

  

   

  

  为了避免死锁，（接收方发送的 rwnd 信息丢失）：

  • TCP 为每一个连接设有一个持续计时器，只要 TCP 连接的以放收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器。
  • 若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口 探测报文段。接收方收到探测报文段时给出现在的窗口值。
  • 若窗口仍然是0，那么发送方就重新设置持续计时器。

3.6 TCP 的拥塞控制

• 出现拥塞的条件：

  • 对资源需求的总和 ＞ 可用的资源

  网络中有许多资源同时呈现供应不足 – > 网络性能变坏 – > 网络吞吐量将随输入负荷增大而下降

• 拥塞控制：防止过多的数据注入到网络中。 全局性

• 拥塞控制与流量控制：

  拥塞控制像 路上堵车

  流量控制像 无车位停车

• 拥塞控制四种算法
  1. 满开始
  2. 拥塞避免
  3. 快重传
  4. 快恢复

为了便于讨论，作以下假定：

1. 数据单方向传送，而另一个方向只传送确认

2. 接收方总是有足够大的缓存空间，因而发送窗口大小取决于拥塞程度
   发 送 窗 口 = M i n { 接 收 窗 口 r w n d , 拥 塞 窗 口 c w n d } 发送窗口 = Min{接收窗口rwnd,拥塞窗口cwnd} 发送窗口=Min{接收窗口rwnd,拥塞窗口cwnd}
   

3.6.1 慢开始与拥塞避免

一个传输轮次：

发送了一批报文段并收到它们的确认的时间.

一个往返时延 RTT.

开始发送一批拥塞窗口内的报文段到开始发送下一批拥塞窗口内的报文段的时间.

3.6.2 快重传和快恢复

最后

以上就是羞涩篮球为你收集整理的第五章 传输层【王道】1. 传输层概述2. UDP协议3. TCP协议的全部内容，希望文章能够帮你解决第五章 传输层【王道】1. 传输层概述2. UDP协议3. TCP协议所遇到的程序开发问题。

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