第五章 传输层

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5.1 传输层概述

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套接字，可以简化代码量 。格式：（IP地址：端口号）

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==TCP靠谱（面向连接的，可靠的）==，适合传文件

==UDP不靠谱（无连接的，不可靠的）==，适合视频电话

  • 有连接的传输：（发送方）确认对方已经准备好接受数据，之后告知对方已结束。

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  • 可靠传输：（接收方）有确认机制

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5.2 UDP数据报

UDP TCP
首部很小，只有8B 首部更大，占20-60B
每次传输一个完整的报文，不支持报文自动拆分，重装 支持报文自动拆分，重装，因此可以传输长报文
是无连接的，不可靠的（可靠性可以给应用层处理），不支持拥塞控制 有连接的，可靠的，支持拥塞控制
支持一对一（封装成单播IP数据报），一对多传输（封装成广播/多播IP数据报） 仅支持一对一传输

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UDP数据报格式（4+1个部分）

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【UDP数据报理论最大长度：65535B】

示例

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新的检验方式（差错控制）

发送一个UDP数据报之后，接收方如何检验出UDP数据报当中是否有比特错误。

==16bit检验位==：把原始信息（包括数据部分）以16bit为一组，进行相加，再把中间结果进行逐位取反，得到最终检验位。

  • 检验：如果没发生比特错误，三行相加得到全1

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【 回卷：如果最高位产生进位，就“回卷”加到最低位，之后才取反。】

UDP检验（发送方的传输层）

  • 计算检验和之前，先添加“伪首部”。
  • 计算完之后，去掉伪首部。（所以“伪首部”并不会在各层之间传输）
  • 计算的过程：刚才学了。（要把新加入的伪首部也进行加和）

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UDP检验（接收方的传输层）

  • 网络层向传输层递交UDP数据报。
  • 传输层在UDP数据报之前，添加伪首部。
  • 计算。
  • 如果加法结果全1，说明没有比特错误。如果加法结果不全为1，说明有差错，丢弃该UDP数据报。

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  • IP数据报的首部校验和的计算，只有IP数据报的首部会参与，IP数据报的数据部分不参与，也不会在IP数据报的前面添加一个伪首部的。
  • 而UDP的首部校验是包含UDP首部和整个数据部分的。

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5.3 TCP

TCP 报文段（TCP段）

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==TCP协议的三大阶段：==

  • 建立连接（三次握手）

  • 数据传输（全双工通信，双向）

  • 释放连接（四次挥手）（2+2，中间变成单向传输TCP段/单向通信）

  • 客户端：主动发起连接的一方。

  • 服务器：被动等待连接的一方。

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建立一次TCP连接可以传输 多个 报文（双向）

  • （MSS：双方协商的最大段长）

==TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的。==

  • 无论传输多少个报文，在TCP协议看来都是一连串的字节流。

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TCP 段格式

==TCP报文段== = TCP首部（20-60B） + TCP数据部分

IP报文段 = IP首部（20-60B） + IP数据部分（TCP报文段）

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源端口，目的端口：就是发送方进程/接收方进程的端口号

**==序号seq==**：用于标记数据部分第一个字节在原始字节流中的位置（不一定从0开始，是发送方自己设置的）

==确认号ack==或acq_seq：用于反馈，表示序号在确认号之前的所有字节都已正确收到。且具有累积确认的特性（收到1，2，4：返回2）

ACK：值域握手①的ACK=0，其余ACK都等于1。

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数据偏移：表示TCP首部 长度，以*4B为单位。4bit

  • 填充：用于凑足4B的整数倍。
  • 在TCP首部中，不会专门记录TCP数据部分长度。

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几个少考的标志位：

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⭐

==SYN==：同步位。表示这是一个连接请求或者连接接收报文。（只有握手①，我握手③的SYN=1）

==FIN==：终止位finish。表示此报文段的发送方的数据已发送完毕。（只有挥手①，挥手③的FIN=1）

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⭐==窗口==（rwnd，rcwnd）

  • 16bit，表示剩余接收窗口的大小。

  • 是实现“流量控制”的关键。

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检验和

  • 与UDP差不多。计算检验和之前也需要添加12B伪首部。
    • （只需将UDP伪首部中：“协议字段”的17改为6，“UDP长度”改成“”TCP长度）

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⭐ 选项

在TCP建立连接时，在握手①、握手② 选项中协商 ==MSS==（最大段长）

==MSS的值表示在接下来的数据传输中，一个TCP报文段最多携带多少数据（首部不算在内）==

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TCP 连接管理（三次握手，四次挥手）

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==三次握手==

1.SYN，FIN，seq，ack_seq，ACK的值为多少。

  • 握手①，握手②尽管不能携带数据，但是仍要消耗1个序号seq。==【seq +1→ack】==
  • 握手③不携带数据时就不消耗序号seq，携带数据时就消耗seq（消耗多少取决于携带的数据量）==【seq + n→ack】==

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2.每发出一个握手报文段后，进程的TCP状态转换。

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3.建立连接阶段的最短耗时分析。

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==四次挥手==

1.SYN，FIN，seq，ack_seq，ACK的值为多少

  • 只有挥手①，挥手③的FIN=1。
  • 挥手①，挥手③即使不携带数据，也要消耗1个序号seq。==【seq +1→ ack】==
  • 挥手②可以携带数据==（seq + n → seq）==。挥手④不可以携带数据。

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2.每收到一个挥手报文段后，进程的TCP状态转换。

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3.ack_seq。断开连接的最短耗时分析

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TCP 可靠传输 与 流量控制 ⭐

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注：

一个端口可以支持多个TCP连接。

但是每一个TCP连接仅支持一对一的全双工通信

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补充：快重传机制

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TCP 拥塞控制

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==流量控制==：控制端到端的数据发送量，是局部的。

==拥塞控制==：控制整个网络中每台主机的数据发送量，降低路由器负载，是全局的。

  • Solution：迅速减少发送的数据量。
  • 发送窗口的上限值 = min { 接收窗口，拥塞窗口 }

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==如何判断网络拥塞：==

  • 不拥塞：发出的每一个报文段，都能顺利地收到ACK确认。
  • 有点拥塞：收到冗余ACK，引发快重传。
    • 此时应当适当缩小拥塞窗口。
  • 严重拥塞：发出的报文段 未能按时收到ACK，引发超时重传。
    • 此时应当迅速减小拥塞窗口。

慢开始算法，拥塞避免算法

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  • ==慢开始算法==（每个RTT，拥塞窗口翻倍）
  • ==拥塞避免算法==（每个RTT，拥塞窗口+1）
  • ==拥塞控制阈值==，在严重拥塞时会减小，阈值=拥塞窗口值/2。
    • 只有 超时重传 会把拥塞窗口一下子变成1，而收到冗余ACK时拥塞窗口的值不会下降地这么快。

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拥塞窗口的数字和MSS是有联系的（如果MSS=2KB，C=9*2=18KB）

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快重传，快恢复

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==快恢复：把拥塞窗口C变成1/2C==

==新阈值S = 1/2C==

Note：阈值不能小于2！

然后切换到拥塞避免算法。

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