计算机网络知识点总结（第五章 运输层）

基于计算机网络（第7版）谢希仁编著。

第五章 运输层

• 运输层为相互通信的应用进程提供逻辑通信
• IP协议：点到点（主机到主机）
  运输层协议：端到端（进程到进程）
• 端口的作用：进程间的通信
• 运输层很重要的功能：分用和复用
• 运输层对收到的报文进行差错检测
• 两种不同的运输协议：面向连接的TCP和无连接的UDP

用户数据报协议UDP

• UDP时无连接的、不保证可靠交付，面向报文、没有拥塞控制
• 面向协议
• UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付
• 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
• 首部开销小，只有8个字节
• 在计算校验和时，在UDP用户数据报之前增加12个字节的伪首部。伪首部仅仅是为了计算校验和。

传输控制协议TCP

• TCP是面向连接的、提供可靠交付、连接只能是点对点（一对一）、面向字节流，以字节整数倍发送。
• 应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。在传送数据完毕后，必须释放已经建立的TCP连接。
• TCP提供全双工通信
• TCP连接是一条虚连接（逻辑连接），而不是一条真正的物理连接。
• 长度可变。化整为零，化零为整
• TCP把连接作为最基本的抽象
• TCP把连接的端点叫做套接字（socket）。端口号拼接到IP地址即构成了套接字。
  $$套接字socket=(IP地址：端口号)$$

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• 端口的作用：对TCP/IP体系的应用进程进行统一的标志，使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信

• 应用层所有的应用进程都可以通过运输层再传送到IP层（网络层），这就是复用。运输层从IP层收到发送给各应用进程的数据后，必须分别交付指明的各应用进程，这就是分用。

• 熟知端口号，数值为0~1023

• 登记端口号，数值为1024~49151。标志没有熟知端口号的非常规的服务进程。

• 客户端使用的端口号（短暂端口号）。留给客户进程选择暂时使用

• 常用熟知端口号：
  

• 停止等待协议：
  
  
  使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。
  这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ。

• 停止等待协议的优点是简单，缺点是信道利用率太低。

• 流水线传输可提高信道利用率

• 连续ARQ协议：发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。接收方一般采用累积确认的方式，接收方不必对收到的分组逐个发送确认，而是在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认。

• TCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元却是报文段。

• TCP首部前20个字节是固定的，TCP首部最小长度20字节。

• TCP首部长度是4字节的整数倍

以字节为单位的滑动窗口：

• A的发送窗口一定不能超过B的接收窗口数值
• 发送窗口的大小代表在还没收到对方确认消息的情况下，发送端最多可以发送多少数据。
• 接收窗口中是期望接收的数据的序号
• B只能对按序收到的数据中的最高序号给出确认
• 发送缓存用来暂时存放：
  （1）发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据；
  （2）TCP已发送出但尚未收到确认的数据。
• 接收缓存用来暂时存放：
  （1）按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据；
  （2）未按序到达的数据。
• 1.在同一时刻，A的发送窗口并不总是和B的接收窗口一样大。
  2.TCP通常对不按时到达的数据是先临时存放在接收窗口中，等到字节流中所缺少的字节收到后，再按序交付上层的应用进程。
  3.TCP要求接收方必须有累积确认的功能，这样可以减少传输开销。

TCP的流量控制：让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。

拥塞控制与流量控制的区别：

• 拥塞控制：防止过多的数据注入网络，从而避免网络中的路由器或链路过载；是全局性的过程。
• 流量控制：指点对点的通信量的控制；协调双方速率；存在从收方到发放的直接反馈。

TCP的拥塞控制

• 产生原因：对资源的需求总和大于可用资源
• 它是一个动态的问题
• 可以分为开环控制和闭环控制
• TCP进行拥塞控制的算法有四种：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
• 拥塞窗口cwnd，大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。
• 慢开始：由小到大逐渐增大拥塞窗口数值
  在每收到一个对新的报文段的确认后，可以把拥塞窗口增加最多一个SMSS的数值
  发送方每收到一个对新报文段的确认就使发送方的拥塞窗口加1，每经过一个传输轮次，拥塞窗口cwnd就加倍。
  慢开始门限ssthresh
  cwnd cwnd>ssthresh时，使用拥塞避免算法
  cwnd=sshresh时，二者均可
• 拥塞避免：每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1（加法增大）
  “拥塞避免”并非完全能够避免了拥塞。“拥塞避免”是说把拥塞窗口控制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现拥塞。
  若网络出现超时，发送方判断为网络拥塞，调整门限值ssthresh=cwnd/2，同时设置拥塞窗口cwnd=1，进入慢开始阶段（乘法减小）
• 快重传：发送方只要一连接收到3个重复确认，立即进行重传
  采用快重传算法可以让发送方尽早知道发生了个别报文段的丢失
• 快恢复：发送方知道只是丢失了个别报文段，不启动慢开始。调整门限值ssthresh=cwnd/2，设置拥塞窗口cwnd=ssthresh，并开始执行拥塞避免算法
  
  
• 发送方的发送窗口一定不能超过对方给出的接收方窗口值rwnd
• 发送方窗口的上限值=Min[rwnd,cwnd]

TCP的运输连接管理

• 运输连接有三个阶段：连接建立、数据传送和连接释放
• 三报文握手建立TCP连接的过程：
  

例题：