传输层功能

• 为相互通信的进程提供了逻辑通讯
• 对报文进行差错检测
• 提供面向连接和无连接服务

传输层协议

• TCP协议（用户数据报协议）
  • 传输的数据需要分段
  • 建立会话
  • 可靠传输
  • 流量控制
• UDP协议（用户数据报协议）
  • 一个数据包就可以完成通信
  • 不建立会话
  • 不需要流量控制
  • 不可靠传输

IP与端口号

• IP地址用于定位服务器
• 端口号用于定位进程服务
  • 一共由0-65535端口号
  • 0-1023为熟知端口
  • 1024-49151为登记端口
  • 49152-65535为客户端端口

UDP协议

特点

• 无连接，发送数据前不需要建立连接
• 使用最大努力交付，不保证可靠传输，不使用拥塞控制
• 面向报文
• 支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信
• 首部开销8个字节

UDP首部格式

首部中校验和的计算需要网络层首部中12个字节参与，因为这部分不属于传输层中，所以也叫伪首部。

TCP协议

特点

• 面向连接（三次握手）
• TCP连接仅支持点对点通信
• TCP提供可靠交付服务
• TCP提供全双工通信
• 面向字节流

TCP首部格式

• 序号：数据的第一个字节位于整个文件的多少字节位置
• 确认号：告诉对方下一次发送整个文件的多少字节位置的数据
• 数据偏移：TCP首部的长度不固定，所以这个参数用来说明数据需要偏移多少位
• URG：是否优先传输，不需要排队
• ACK：确认号是否有效
• PSH：接受时优先接受
• RST：TCP会话出现错误，需释放再重连
• SYN：建立会话的标志
• FIN：结束会话标志
• 窗口：控制窗口的大小，处理缓存的上限
• 紧急指针：URG为1时有效，表明紧急数据在数据中的字节位置
• 选项：
  • 可以规定最大数据报（MSS）的大小
  • 可以规定是否支持选择性确认
  • 最长40个字节

TCP的点对点连接

TCP连接的两个端点不是主机，不是IP地址，不是应用程序，也不是协议端口号。

而是套接字socket

socket = ip + port

TCP如何确保可靠交付

• 停止等待协议（缺点：信道利用率低下）
• 自动重传请求ARQ协议（优化信道利用率）

停止等待协议

1. 无差错情况

   

2. 超时重传情况

   

3. 确认丢失情况

   

4. 确认迟到情况

   

连续ARQ协议

当收到ACK确认后，窗口便往后移动

积累确认

• 不需要每一个都确认，当我们收到确认③时，说明①②也收到了
• 但是这个导致重复发送

举个栗子：

• 发送①②③④，③在途中丢失了
• 收到返回的②的确认后，却收不到③的确认
• 重发③④过去，其中④重复发送

窗口控制

以字节为单位的滑动窗口技术

• 当接受到确认报后，发送端才会移动发送窗口，并从缓存中删除确认过的数据

• 若中途有数据包丢失，根据确认号以及选择性确认，重发丢失的数据包

超时重传时间的选择

新RTTs = （1 - α） * （旧RTTs） + α * （新的RTT样本）

RTTs：加权平均往返时间

α：平滑因子，推荐为1/8

• α增大，修正幅度增大，适用于变化较大的网络中
• α减大，修正幅度减小，适用于变化较小的网络中

RTT样本：当前往返时间

TCP如何实现流量控制

• 每次确认包都可以调整当前窗口的大小

• 当窗口调整到零时，通信就会停止

  注意：停止的时候发送方也会定期发送窗口测定数据包，确保对方仍在线

• 接收方需要发送一个确认包调整窗口大小，通信才能继续开始

TCP如何实现拥塞控制

• 出现拥塞的条件：对资源需求的总和 > 可用的资源

• 原理：发送方会维护着一个拥塞窗口

慢启动

• cwnd = [1,2,4,6,8,16]
• 收到确认包后，cwnd会指数增长
• 当cwnd达到16后，每次只会增长1
• 直至收不到确认包（发生阻塞）
• 当发生阻塞时，cwnd增长的上限变为发生阻塞时cwnd的1/2
• 并且cwnd又从1开始增长

注意：慢启动并不是意味着不可能发生网络拥塞，只是按线性增长，使得网络比较不容易拥塞

快重传

• 当发送方收到接收方3个确认包中确认号时相同的，直接重发确认号的数据包

快恢复

• cwnd变为发生阻塞时cwnd的1/2

• 并以加1的速度增长

发送方的发送窗口应该为Min[接收方接受窗口，发送方发送窗口，拥塞窗口]

拥塞控制&流量控制的区别

• 拥塞控制：是一个全局过程，涉及到全网络中的所有主机，所有路由以及与降低网络传输性能有关的所有因素。
• 流量控制：往往只存在于给定的发送端和接收端之间的点对点通信量控制，所做的事情便是抑制发送端发送数据的速率，以便接收方来得及接受。

TCP传输连接管理

• 三大阶段：连接建立、数据传输、连接释放
• 连接方式：客户端/服务器方式

连接的建立

第三次握手的必要性：

• 原因①：确保服务器发送能力正常
• 原因②：
  • 防止第一个挥手超时，发送第二次
  • 确认第二次握手包后，又收到第一次握手包，
  • 再确认一次，但客户端已经接受到第一次确认包，所以不搭理
  • 但服务端却开辟着资源等待发送端的数据传输，造成了开销浪费

连接的释放

默认1MSL = 2分钟

2MSL存在的意义是防止最后一个包丢失