计算机网络总结(5)---传输层

写在前面：这一系列文章是对计算机网络相关知识点整理的笔记，基本都是参考文章里的原话，做了整合，只是方便自己去看去复习，如果可以，希望朋友们点进参考的文章里仔细阅读，感谢大家！

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• 传输层提供不同主机上的进程之间的逻辑通信（端到端），即使在不可靠的网络层（主机之间的逻辑通信）传输下，传输层也能提供可靠的传输。 
• 传输层的协议：TCP、UDP
• 传输层的功能：提供了端到端的可靠的传输服务。
• 几个重要的端口号：

一、TCP协议

1. TCP消息头

固定部分20个字节，可选部分40个字节，最多60个字节。

typedef struct _TCP_HEADER
{
    short m_sSourPort; 　　　　　　// 源端口号16bit
    short m_sDestPort; 　　　　　　 // 目的端口号16bit
    unsigned int m_uiSequNum; 　　// 序列号32bit
    unsigned int m_uiAcknowledgeNum; // 确认号32bit
    short m_sHeaderLenAndFlag; 　　// 前4位：TCP头长度；中6位：保留；后6位：标志位
    short m_sWindowSize; 　　　　　// 窗口大小16bit
    short m_sCheckSum; 　　　　　 // 检验和16bit
    short m_surgentPointer; 　　　　 // 紧急数据偏移量16bit
}attribute((packed))TCP_HEADER, *PTCP_HEADER;

1. 源端口号：16位，2个字节。

2. 目标端口号：16位，2个字节。

3. 序列号seq： 32位，4个字节。用来标识 从TCP发送端向TCP接收端发送的数据字节流。(后面三次握手四次挥手会用到)

4. 确认号ack：32位，4个字节。确认端期望接收到的，下一个序号（上次已成功收到数据字节序号加1）。只有ACK设置为1才有效。(后面三次握手四次挥手会用到)

5.

（1）TCP头部长度字段：4位。一般称为数据偏移。指出头部占几个占32比特（4B）。（最大为15，所以TCP头最长为15*4B = 60B）或者说TCP报文段的数据部分，距离TCP报文段的起始处有多远。

（2）中间保留6位。

（3）后6位标志位：

• URG：为1时，紧急指针有效
• ACK（确认报文段）：为1时，确认号有效
• PSH：为1时，提醒接收方尽快将这个报文段交付应用层
• RST（复位报文段）：为1时，要求重新建立连接
• SYN（同步报文段）：为1时，请求建立一个连接
• FIN（结束报文段）：为1时，通知对方，本端要关闭连接

6. 窗口大小字段：16位，2个字节。用于流量控制。表示本机期望的一次接受的字节数。

7. 校验和：16位，2个字节。发送方填充，接收方执行CRC算法（循环冗余校验），检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。

8. 紧急指针：16位，2个字节。是一个偏移量，和序列号中的值相加，得到紧急数据的最后一个字节的序号。只有URG设置为1时才有效。

9. 选项字段：32位，4字节。可能包括窗口扩大因子、时间戳等等。

2. 三次握手

总图

 （1）第一次握手：

• 客户端发送连接建立请求报文段，标志位SYN置为1，随机生成一个序列号seq，假设为x。
• 然后客户端进入SYN_SEND状态，等待服务器的确认。

（2）第二次握手：

• 服务器收到客户端发送的报文段，确认号ack置为x+1，标志位ACK置为1。同时随机生成一个序列号seq，假设是y，标志位SYN置为1。
• 发送这个报文段后， 服务器进入SYN_RECV状态。

（3）第三次握手：

• 客户端收到服务器发送的报文段，标志位ACK置为1，确认号ack为y+1。
• 发送报文段后，客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，可以开始数据传输，

问：为什么是3次握手？

可以有效的防止已经失效的连接请求又传送到的服务器，产生错误。

比如：

客户端发送连接建立请求报文，但是由于网络拥塞，服务器没有收到。客户端没有收到ack，放弃建立连接或者重新发送。

一段时间之后，这个连接建立请求报文到达服务器，如果不采用三次握手而是两次的话，此时服务器发送ack报文，连接就建立了。但是客户端已经放弃建立连接，不会向服务器发送数据。服务器单向建立连接造成资源浪费。

3. 四次挥手

还是这张图

（1）第一次挥手：

• 假设上次主机1发送的报文段中seq是x+1，收到的报文段中seq是y。
• 主机1设置序列号seq为x+2，确认号ack为y+1；设置标志位ACK为1，标志位FIN为1.
• 主机1进入FIN_WAIT_1状态，表示主机1没有数据要发送给主机2.

（2）第二次挥手：

• 主机2收到主机1发送的报文段，回复一个确认报文段，序列号seq为y+1，确认号ack为x+3；
• 主机1进入FIN_WAIT_2状态

（3）第三次挥手：

• 主机2向主机1发送报文段，FIN置为1，请求关闭连接。
• 主机2进入CLOSE_WAIT状态。

（4）第四次挥手：

• 主机1收到主机2发送的报文段，向主机2发送确认报文段，然后主机1进入TIME_WAIT状态。
• 主机2收到后，关闭连接。
• 主机1等待2个MSL（报文段最大生命周期），如果没有收到报文段，则双方关闭连接

问：为什么是4次挥手

TCP是全双工模式，因此要断开连接需要分别断开主机1到主机2的连接、主机2到主机1的连接。

当主机1发出FIN报文段时，只表示主机1已经没有数据要发送了，但是可以接受主机2发送的数据。

当主机2返回ACK报文段时，表示主机2已经知道主机1没有数据发送。

当主机2发送FIN报文段时，表示主机2也没有数据要发送了。

当主机1返回ACK报文段后，等待两个最大报文生存周期（防止还有数据要传）关闭连接。

4. 可靠传输

• 通过序号、确认、重传保证可靠传输。
• 重传又分为超时和冗余ACK。冗余ACK是指 发送方收到对同一个报文段的3个冗余ACK，就可以认为这个报文段之后的报文段已经丢失。

5. 流量控制

• 类似数据链路层的 滑动窗口协议。
• 但是传输层的滑动窗口协议的窗口可以动态变化。

6. 拥塞控制（★）

拥塞控制的是一个全局性的过程，而流量控制室点对点通行量的控制。

 慢开始和拥塞避免。快重传（快恢复）

慢开始：

假设当前发送方拥塞窗口cwnd的值为1，而发送窗口swnd等于拥塞窗口cwnd，因此发送方当前只能发送一个数据报文段（拥塞窗口cwnd的值是几，就能发送几个数据报文段），接收方收到该数据报文段后，给发送方回复一个确认报文段，发送方收到该确认报文后，将拥塞窗口的值变为2。

发送方此时可以连续发送两个数据报文段，接收方收到该数据报文段后，给发送方一次发回2个确认报文段，发送方收到这两个确认报文后，将拥塞窗口的值加2变为4，发送方此时可连续发送4个报文段，接收方收到4个报文段后，给发送方依次回复4个确认报文，发送方收到确认报文后，将拥塞窗口加4，置为8，发送方此时可以连续发送8个数据报文段，接收方收到该8个数据报文段后，给发送方一次发回8个确认报文段，发送方收到这8个确认报文后，将拥塞窗口的值加8变为16，

当前的拥塞窗口cwnd的值已经等于慢开始门限值，之后改用拥塞避免算法。

拥塞避免算法：

每个传输轮次，拥塞窗口cwnd只能线性加一，而不是像慢开始算法时，每个传输轮次，拥塞窗口cwnd按指数增长。

快重传：

重传机制有两种，超时重传和冗余ACK。快重传是针对冗余ACK的方法。

 

 

二、UDP

1. UDP报头

 头部8B，UDP校检是通过增加12B的伪首部来实现的

 之后通过反码求和来进行差错校检

三、TCP和UDP的区别

1. TCP是面向连接的，能保证数据的准确性和到达顺序；UDP是无连接的，可能出现丢包。
2. TCP报头最少20B；UDP报头8B，但是有12B的伪首部用于校验。
3. TCP可靠，因为它有三次握手四次挥手建立连接；报文头里的序号能使报文按序到达；有累计确认（因为是按序到达）和超时重传机制；有流量控制和拥塞控制机制。UDP不可靠。

参考：

传输层详解_大师兄啊的博客-CSDN博客_传输层

计算机网路-传输层详解_善水的博客-CSDN博客_计算机网络传输层

传输层 概述_星辰火之梦-CSDN博客_传输层

【计算机网络】传输层知识点总结_yaoyz105-CSDN博客_计算机网络传输层知识点

传输层概述以及传输层端口_fern_girl的博客-CSDN博客_传输层端口

TCP协议详解_柒年-CSDN博客_tcp协议

TCP协议的学习（二）TCP头部信息_唯一的信仰-CSDN博客_tcp头部信息

什么是TCP协议？_YUAN的博客-CSDN博客_tcp协议

408计算机网络第五章总结_Viator-CSDN博客_计算机网络第五章总结

TCP的拥塞控制（详解）_努力进阶的小菜鸟-CSDN博客_tcp拥塞控制