计网笔记--运输层（vital）

目录

1--运输层概述

2--端口号、复用与分用的概念

3--UDP和TCP的对比

4--TCP的流量控制

5--TCP的拥塞控制

6--TCP超时重传时间的选择

7--TCP可靠传输的实现

8--TCP的连接建立

9--TCP的连接释放

10--TCP报文段的首部格式

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1--运输层概述

运输层的任务：

        为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务；

运输层为应用层提供了两种不同的运输协议：

        面向连接的 TCP 和无连接的 UDP 协议；

2--端口号、复用与分用的概念

端口号：

        端口号用于区分应用层的不同应用进程；

        端口号只具有本地意义，用于标识本计算机应用层中的各进程；

        复用是针对发送方的，分用是针对接收方的；

        复用可以细分为 UDP 复用和 TCP 复用，UDP 和 TCP 在协议字段上不同，即 UDP 的协议字段是 17，TCP 的协议字段是 6；

        分用也可以细分为 UDP 分用和 TCP 分用，协议字段也分别为 17 和 6；

应用层中，RIP、DNS、TFTP、SNMP 和 DHCP 等协议在运输层中使用 UDP 协议；

应用层中，SMTP、FTP、BGP、HTTP 和 HTTPS 等协议在运输层中使用 TCP 协议；

3--UDP和TCP的对比

UDP：全称是用户数据包协议（User Datagram Protocol）；

TCP：全称是传输控制协议（Transmission Control Protocol）；

UDP 协议和 TCP 协议具有以下不同：

① UDP 是无连接的，TCP是面向连接的：

        UDP 随时可以发送数据，无需建立连接；

        TCP 发送数据需要通信双方建立连接和释放连接，其中需要三次握手建立连接和四次挥手释放连接；

② UDP 支持单播、多播、广播等方式，TCP 仅支持单播；

③ UDP 协议面向应用报文，TCP 协议面向字节流；

④ UDP 协议是不可靠的，TCP 协议是可靠的；

        UDP 向上层提供无连接不可靠传输服务，会发生丢失、误码等情况，适用于视频会议等实时应用；

        TCP 向上层提供面向连接的可靠传输服务，不会发送丢失、误码等情况，适用于文件传输等要求可靠传输的应用；

⑤ UDP 首部仅 8 字节，TCP 首部最小 20 字节，最大 60 字节；

4--TCP的流量控制

        TCP 协议的接收方利用滑动窗口机制可以实现对发送方的流量控制；

         TCP 协议通过滑动窗口机制、超时重传机制和接收方的接收窗口大小严格控制发送方的发送数据；

        TCP 协议规定，当接收方的接收窗口调整为 0 时，发送方的发送窗口会被调控为 0，同时发送方会启动持续计时器；

        当持续计时器超时时，发送方会发送零窗口探测报文，探测接收方最新的接收窗口，并相应地调控发送方自己的发送窗口；

5--TCP的拥塞控制

        TCP 协议通过慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等方法实现拥塞控制；

① 慢开始：

        慢开始算法在门限 ssthresh 前，拥塞窗口（发送方的发送窗口）每次增加上一次发送的拥塞窗口大小（1→2→4→8→16）；

② 拥塞避免：

        拥塞避免算法发生在门限 ssthresh 后，拥塞窗口（发送方的发送窗口）每次线性增加1；

        当重传计时器超时时（认为发生了拥塞），门限 ssthresh 会更新为发生拥塞时拥塞窗口的一半，同时拥塞窗口会减少为1，重新开始执行慢开始算法；

③ 快重传：

        当发送方收到 3 个连续的重复确认后，发送方会立即将相应的报文段重传；

④ 快恢复：

        当收到 3 个重复确认时（快重传），TCP协议会将门限 ssthresh 更新为当前拥塞窗口的一半，同时拥塞窗口也更新为 ssthresh 的值，即去除了慢开始阶段，直接快速从拥塞避免阶段开始发送数据；

6--TCP超时重传时间的选择

7--TCP可靠传输的实现

        TCP 协议基于以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输；

        只有发送方收到接收方的 ACK 确认信号（且是某一个字节前所有字节都收到ACK信号），发送方的发送窗口才能向前滑动；

8--TCP的连接建立

TCP 协议使用三报文握手建立连接：

        客户发送 TCP 连接请求（第一次握手）；

        服务器发送针对 TCP 连接请求的确认（第二次握手）；

        客户发送针对 TCP 连接请求的确认的确认（第三次握手）；

       

        第三次握手可以防止已失效的连接请求报文段突然传送到 TCP 服务器，导致 TCP 服务器处于数据接收阶段的错误；

9--TCP的连接释放

TCP 协议使用四报文挥手释放连接：

        客户发送 TCP 连接释放（第一次挥手）；

        服务器发送 TCP 普通确认（第二次挥手）；

        服务器发送 TCP 连接释放（第三次挥手）；

        客户发送 TCP 普通确认（第四次挥手）；

客户进行第四次挥手后，处于时间等待状态（持续 2MSL），可以防止由于第四次挥手信号丢失，导致服务器处于最后确认阶段的问题；

10--TCP报文段的首部格式

        一个 TCP 报文段由首部和数据载荷两部分构成，TCP 的全部功能体现在首部中各个字段的作用；