计算机网络-运输层协议

1.概念

TCP：传输控制协议，是一种可靠地，面向连接的协议。
UDP：用户数据报协议，是不可靠，无连接的协议。
报文段：TCP和UDP的分组都称为报文段。

2.TCP协议

2.1 概念

发送缓存：三次握手初期设置的缓存。
最大传输单元(MTU)：最大链路层帧长度。是指链路层帧的有效数据长度，不包括帧首部，以太网和PPP链路层协议都具有1500字节的MTU。
最大报文段长度（MSS）：TCP从缓存中取出并放入报文段的最大长度，MSS通常根据最初确定MTU来设置。要保证MSS加上TCP首部和IP首部长度（通常40字节）小于等于最大链路层长度MTU，因此MSS典型值为1460字节。注意MSS值报文段中应用层数据的最大长度，并不包括TCP首部。

2.2 TCP报文段结构

• 序号和确认号：用于实现可靠数据传输服务，是对字节进行编号的，并不是报文段。
• 窗口大小：用于流量控制。
• 6个标志位：ACK用于指示确认字段的值是有效的，RST、SYN、FIN用于连接的建立和拆除，剩余实际上并没有使用。
• 首部长度：以字（4个字节）为单位，指示加上选项后的长度。
• 选项：是可选和变长的。

2.3 可靠数据传输

• 序号和确认号
• 冗余数据分组
• 倒计时定时器
• 回退N协议（滑动窗口协议）
• 选择重传协议
• 窗口长度选择（小于等于序号空间的一半）
• 超时间隔加倍（简单拥塞控制）
• 快速重传（利用冗余ACK，3个冗余ACK就执行）

2.4 流量控制

每条TCP连接的两端主机都为该连接设置了接收缓存，当TCP连接接收到正确、按序的字节后，就将它们放入接收缓存，然后相关应用程序会从该缓存读取数据，但不是数据一到达就立即读取。如果应用程序读取速度相对缓慢，发送方发的太快、太多就会导致该连接接受缓存溢出。
流量控制就是为了消除发送方使接收方溢出的可能，要区别于拥塞控制。
TCP通过让发送方维护一个接收窗口来提供流量控制。
具体见《计算机网络：自顶向下方法》p177 流量控制。

2.5连接管理

1.连接建立

连接建立分为三个步骤，称为三次握手：

1. 客户端向服务器端发送一个特殊报文段，此报文段不含数据，并且SYN位被设置为1，一般称为SYN报文段。另外，客户端会随机选择一个初始序号client_isn，设置SYN报文段的序号字段。
2. 一旦包含SYN报文段的IP数据报到达服务器，服务器提取出SYN报文段，然后为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端发送允许连接的报文段，首先设置SYN位置1，ACK位也置1，然后设置确认号字段为client_isn + 1，然后随机选择初始序号server_isn。该报文段称为SYNACK字段.。
3. 客户端收到SYNACK报文段后，也要为该链接分配缓存和变量，然后向服务器发送另一报文段，该报文段ACK置1，SYN置0，确认号字段为server_isn +１，序号字段为client_isn + 1，可以附带数据。

2.连接拆除

连接拆除分为四步：

1. 客户端发送FIN报文段给服务器，表示关闭连接请求
2. 服务器收到FIN报文段后发送ACK报文段给客户端，应答请求
3. 服务器发送FIN报文段给客户端，表示关闭连接请求
4. 客户端收到FIN报文段后发送ACK报文段给服务器端

3.TCP状态转换图

上面图是典型情况下下客户端和服务器的状态转换图。
下图是比较全的状态转换。

半连接状态：当TCP连接中A发送FIN请求，另一方B收到后回复ACK给A，但还没有发送FIN时，A处于半连接状态，此时A可以接受B发送的数据，但是不可以发送数据给B。
TIME_WAIT状态：主动关闭的一方要处于TIME_WAIT状态一段时间，在这段时间中，此方默认不能再监听同样的端口。
2MSL：2MSL作用有两个，一是保证四次握手更加可靠，四次握手中最后一个ACK是由主动关闭方发出的，如果接收方没有接收到此ACK，则会再一次发送FIN，如果此时主动关闭方在等待2MSL，则更会有机会再发一个ACK。二是防止lost duplicate。