计算机网络-传输层

传输层的作用

传输服务：为应用进程提供端到端的服务，增强网络层提供的服务质量QoS。

传输实体：在收/发两端的传输层实现对等实体通信的硬件或软件。利用网络层提供的点到点的分组传输服务，向高层提供端到端的TPDU（传输协议数据单元）传输服务。

点到点的传输（Point-to-Point）

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面向连接的TCP协议

基本概念：为应用进程提供可靠的、端到端的、面向连接的字节流通信协议。利用网络层IP协议提供的不可靠的分组传输服务，解决分组的重传和排序问题。

性质：面向连接，全双工（支持同时的双向传输），Unicast（只支持两端点之间的通信，不支持Multicast和Broadcast），面向字节流。

传输实体：软件实现（用户进程，操作系统核心的一部分：管理TCP字节流、实现与IP层的接口）。

TCP的端口

TCP协议的端口定义：用16bit区分2^16个端口。众所周知端口（全局分配，用于标准服务器，取值小于1024），临时端口（本地分配，主机建立连接时为用户进程动态分配的端口，取值大于等于1024）

用套接字创建通信端点：套接口socket（4BSD UNIX首先提出的进程通信机制），用套接口标识用户进程通信的端点（TCP的端点标识，访问端口，主机IP地址）

TCP协议

TCP报文=TCP头部+应用数据

TCP头部：固定部分20字节，可选部分

应用数据：适应IP的载荷能力（小于65535Byte），适应网络的MTU。

TCP首部

TCP首部的标志字段：URG紧急指针域有效；ACK确认域有效；PSH不必缓冲区满即可上传；RST复位，用于崩溃或错误连接；SYN用于建立连接的同步序号；FIN表示发送方到达数据结尾。

TCP的流量控制——滑动窗口

使用选择重传ARQ：接收有可能乱序，接收方ACK接收窗口中的第一个编号。

窗口尺寸：接收端向发送端发送的，用于控制发送方发送的数据尺寸，防止接收方缓冲区溢出。

TCP运行原理

超时计时器的设定：

TCP拥塞控制

一般情况，拥塞窗口cwnd=发送窗口swnd；在RTT时间内最多发送cwnd长的报文；cwnd<=ssthresh；cwnd是变化的，由小变大，初值为1；

cwnd变化规则：cwndssthresh，每经过RTT，cwnd加1；cwnd=ssthresh，上述两种方法皆可）。

拥塞避免算法（慢开始）：只要没有按时接收到ACK，ssthresh立刻减半，但不小于2，cwnd重新置1，执行上一段算法。

TCP连接建立与释放

三次握手建立TCP连接：发送方连接请求（SEQ=x），接收方接受连接回送确认（SEQ=y，ACK=x+1），发送方发送数据回送确认（SEQ=x，ACK=y+1），连接成功。

释放连接：非对称释放（发送释放请求后单方终止连接，有可能丢失对方发送的数据），对称释放（各自独立发出释放连接请求，收到对方的释放确认之后才可释放连接，Two-army问题）

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无连接的UDP协议

UDP协议概述：为应用进程提供无连接的数据传输服务，适用场景（实时数据传输，节省建立、释放连接和重传的开销），由应用层解决纠错问题，由RFC768定义标准。

UDP的端点标识（Port）：用2^16端口区分不同的应用进程，发送端（分配源端口，指定宿端口，构造UDP数据报，交IP；节省建立/释放连接和重传的开销），接收端（匹配UDP头部宿端口的应用进程；匹配成功，数据报排入相应的队列，若端口队列满，则丢弃数据报；匹配不成功，丢弃数据报，回送“宿端口不可达”的ICMP报文）。

UDP数据报的封装

UDP数据报=UDP头部+应用数据

UDP首部

UDP伪首部

用UDP传输RIP报文

RIP：请求路由信息

UDP：分配端口

IP：赋予IP地址

Ethernet：赋予以太网地址