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计算机网络——运输层

概述

运输层功能：

1.复用和分用

复用：发送方的不同应用进程使用同一个运输层协议

分用：接收方的运输层将数据交付给目的应用进程

计算机网络——运输层

 

2. 差错检测

3.为应用进程之间提供端到端的逻辑通信

计算机网络——运输层计算机网络——运输层

 

 

端口号：

1.服务器使用的端口号 0-49151

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2.客户端使用的端口号 49151-65535

TCP/IP表示利用IP进行通信时使用到的协议群的统称

 

计算机网络——运输层

 

 

 

TCP

特点：

      全双工可靠信道

      需要建立连接

      一对一

      面向字节流：把应用程序交付的数据看成无结构字节流

计算机网络——运输层

 

连接的端点：套接字

计算机网络——运输层计算机网络——运输层

 

 

停止等待协议：每发送完一个分组，等待对方确认后再发送下一个分组

                         如果超时(比RTT长一些)，则重新传输

计算机网络——运输层

               接受方接受到重复的分组，丢弃并发送确认

               发送方接受到重复的确认忽略

计算机网络——运输层

 

           缺点：信道利用率低

连续ARQ协议：发送方维持发送窗口

                          发送窗口内的分组可以连续发送而不需要等待确认

                          发送方每收到一个确认，将发送窗口向前滑动一个分组

计算机网络——运输层

 

 

                          累计确认：接收方对按序到达的最后一个分组发送确认，表示前面的分组都已正确收到

 

首部：最小20字节

计算机网络——运输层

 

 

序号：本报文段发送的数据的第一个字节的序号

           如一报文序号301，携带100个字节，则写一个报文序号为401

确认号：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号

              若确认号=N，则N-1的所有数据都已正确收到

数据偏移：首部长度

控制位：

             紧急URG：此报文段应尽快传送

             确认ACK：ACK=1时确认号字段才有效

             推送PSH：接收方尽快交付给应用程序

             复位RST：表示出现差错必须重新建立连接

             同步SYN：SYN=1,ACK=0时，表示连接请求

                               若同意连接请求，则相应报文段中使用SYN=1, ACK=1

             终止FIN：当FIN=1时，表示要求释放运输连接

窗口：接收方允许对方发送的数据量

紧急指针：URG=1时，表示紧急数据的字节数

选项：

             最大报文段长度MSS(避免IP层分片)

             窗口扩大选项

             时间戳选项：计算RTT；处理TCP序号超过2^32的情况

             选择确认(SACK）选项:当接受到的报文未按序号，用来表示边界信息

计算机网络——运输层

 

TCP可靠传输的实现

计算超时重传时间：略大于RTT

 

TCP流量控制

利用滑动窗口，发送方的窗口不能超过接受方的接受窗口

处理零窗口：

         如果B向A发送零窗口报文，则A启动持续计时器，时间到时向B发送零窗口探测报文段

         B确认探测报文段时给出现在的窗口值

         如果窗口仍然是零，则重新设置持续计时器

TCP传输效率：适当延迟发回确认报文，尽量适用捎带确认的方法

延迟确认应答：收到数据后，延迟一端时间再确认应答

捎带应答：

         发送的消息经过处理后返回一个回执

         TCP确认应答和回执数据可以通过一个包发送

Nagle算法：

         发送方将第一个数据字节先发送出去，其余字节缓存

                  发送方收到第一个数据字节的确认后，再将后续到达的数据组装成一个报文段发送出去

         只有收到前一个报文段的确认才继续发送下一个报文段

         当到达数据达到发送窗口大小的一半或已达报文段最大长度，就立即发送一个报文段

当接收方缓存已满时，可以让接收方等待一段时间，再发送确认报文

 

TCP拥塞控制

慢开始：指数级增大拥塞窗口(每收到一个ACK，增大1个单位)

拥塞避免：当达到慢开始门限，改用拥塞避免算法，线性增长

快重传：接收方收到3个重复的ACK，则下一个报文很有可能丢失，应当立刻进行重传

快恢复：当发生快重传（3 ACK），执行快恢复，调整拥塞窗口和门限值均为原来拥塞窗口的1/2

计算机网络——运输层

 

随机早期丢弃：当路由器队列长度达到某个值时，就主动丢弃到达的分组

 

TCP运输连接管理

建立连接：

计算机网络——运输层

 

      规定SYN=1报文不携带数据，消耗掉一个序号

      A向B发送的ACK：

            如果不携带数据则不消耗序号

            防止已失效的连接请求报文传送到B，B向A确认，A忽略，B等待A的数据，浪费资源

释放连接：

计算机网络——运输层

 

      FIN=1报文即使不携带数据，也消耗一个序号

      MSL：最长报文段寿命

      等待2MSL原因：1.确保A发送的ACK能够到达B

                                  2.确保本连接持续时间内产生的所有报文段都从网络中消失，防止失效的连接请求报文

TCP设置keepalive timer，服务器每收到客户数据，都重置timer

超时重发如果收不到确认，则再次发送，等待确认应答时间会以2倍、4倍的指数函数延长

当达到一定重发次数后，强制关闭连接。

 

 

UDP

特点：

    不可靠

    无连接

    支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信

    面向报文：对应用程序交下来的报文，只添加首部

    没有拥塞控制

    首部开销小（8字节）

首部：

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       接收方根据端口号上交给应用程序

       如果端口号不存在，丢弃并发送“端口不可达”差错报文

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