计算机网络原理之运输层

计算机网络原理之运输层

运输层的任务是向上一层通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使看不见运输层以下的数据通信的细节。

运输层有两个主要的协议：TCP和UDP。它们都有复用和分用，以及检错的功能。

• TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)是面向连接的协议，也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须有三次握手，四次挥手。

• UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快的把他扔到网上。

TCP和UDP的区别：

	TCP	UDP
连接性	面向连接	面向非连接
传输可靠性	可靠	不可靠
报文	面向字节流	面向报文
效率	传输效率低	传输效率高
流量控制	滑动窗口	无
拥塞控制	慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复	无
传输速度	慢	快
应用场合	对效率要求低，对准确性要求高或要求有连接的场景	对效率要求高，对准确性要求低

TCP协议保证传输的可靠性

校验

每个TCP报文段都包括检验和字段，校验用来检查报文段是否出现传输错误，如报文段出现传输错误，则丢弃该报文段。

确认

接收端检查报文是否出错，发现出错时就丢弃不发确认，而发送端TCP就通过检查接收端的确认，判断发送的报文段是否已正确到达目的地。

超时

发送端根据发出的报文段在规定时间内是否收到确认，从而判断该报文段是否丢弃或传输出错。

流量控制（滑动窗口机制）

如果发送方把数据发送的过快，接收方可能来不及接收，这就会造成数据的丢失。所谓流量控制就是让发送的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。

从上面的图可以看到滑动窗口左边的是已发送并且被确认的分组，滑动窗口右边是还没有轮到的分组。滑动窗口里面也分为两块，一块是已经发送但是未被确认的分组，另一块是窗口内等待发送的分组。随着已发送的分组不断被确定，窗口内等待发送的分组也会不断被发送，整个窗口就会往右移动，让还没轮到的分组进入窗口内。

滑动窗口起到一个限流的作用，也就是说当前滑动窗口的大小决定了当前TCP发送包的速率，而滑动窗口的大小取决于拥塞窗口cwnd和接收方窗口rwnd的两者间的最小值。

拥塞控制（全局性）

计算机网络中的带宽、交换结点中的缓存及处理机都是网络的资源。在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就会变坏，这种请求就叫做拥塞。拥塞控制就是防止过多的数据注入网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不至于过载。 注意，拥塞控制和流量控制不同，前者是一个全局性的过程，而后者指点对点通信量的控制。拥塞控制的算法主要有以下四种：

慢启动

每经过一个传输轮次，拥塞窗口就加倍。即不要一开始就发送大量的数据，先探测一下网络的拥塞程度，也就是说由小到达逐渐增加拥塞窗口的大小。

拥塞避免

每经过一个RTT（往返时间），拥塞窗口就加1即“加法增大”。拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍，这样拥塞窗口按线性规律缓慢增长。

快重传

快重传要求接受方在收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认（为的是是发送发及早知道有报文段没有达到对方）而不要等到自己发送数据时捎带确认。快重传算法规定，发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段，而不是继续等待设置的重传计时器时间到期。

快恢复

快重传配合使用的还有快恢复算法，当发送方连续接收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把ssthresh门限减半，但是接下去并不执行慢开始算法：因为如果网络出现拥塞的话就不会受到好几个重复的确认，所以发送方现在人为网络可能没有出现拥塞。所以此时不执行慢开始算法，而是将cwnd设置为ssthresh的大小，然后执行拥塞避免算法。