计算机网络——传输层

运输层概述

TCP面向连接，UDP无连接

套接字 = （IP地址：端口号）

端口号：0~65535（16 bit )

熟知端口号：0~1023

可靠：使用确认机制确保数据不丢失

连接：

UDP

UDP数据报首部

16比特 源端口	16比特 目的端口
16比特 UDP长度	16比特 校验和

UDP校验

• 错误即抛弃
• 校验和可选，全0代表不校验，校验和恰好为全0，取全1
• 校验和采用模2加法（即反码运算）再取反的方法获得。
• 校验和计算对象为伪首部 + UDP数据报 + 1B填充字段（用来凑齐数据位为16的倍数）

TCP

TCP报文段

首部

• 16bit源端口 16bit目的端口
• 32bit序号（发送方）
• 32bit确认号（接收方）
• 4bit数据偏移（意味着最长15*4B的首部） 保留 标志位（用于确认机制，TCP连接等），16bit窗口（接收窗口，用于流量控制）
• 16bit检验和，16bit紧急指针
• （可变长选项）（填充字段（填充为4B倍数））

TCP连接管理

TCP连接建立

• --> SYN, seq 客户机伸手
• <-- SYN, ACK, seq, ack 服务器伸手
• --> data 客户机握手

客户机握手报文段到达服务器后，服务器才进入连接建立态，所以叫三次握手（实际上第二个RTT的开始就开始传数据了）

TCP连接释放

• --> FIN 客户机停止传送数据报文
• <-- ACK 服务器知晓客户机无数据
• <-- FIN 服务器停止传送
• --> ACK 客户机知晓
• --- 客户机等待，仅当服务器知晓 客户机知晓服务器停止 服务器才不会发送报文。服务器收到ACK知道数据传送终止，释放资源，引起客户机超时；超时后客户机知晓对方没有数据传送，释放资源。

TCP可靠传输

校验机制

丢弃校验失败的包（报文段损坏 = 报文段丢失）

确认机制

• 序号：保证TCP报文段之间的顺序正确，报文段的序号为首字节序号
• 确认：TCP使用累积确认，确认号代表未收到的第一个字节。

重传机制

保证可靠传输关键在于触发重传的机制：

超时重传（报文段丢失）

• 机制：每发送一个包启动一个计时器，由ACK停止，ACK超时则触发重传
• 超时重传时间RTO：由以移动平均的RTT计算得知。

快速重传（报文段丢失）

• 机制：当连续收到三个冗余ACK（即共计收到四个ACK），触发重传

TCP发送窗口

发送窗口大小 = min{rwnd, cwnd}

TCP流量控制：接收窗口rwnd

• 接收窗口大小以字节为单位
• 接收窗口大小由接收方填写，在窗口字段告知发送方

发送方限制未确认的数据量在rwnd之内

TCP拥塞控制：拥塞窗口cwnd

• cwnd以每个RTT按MSS为单位的速度增减。
• 拥塞控制是为了避免网络拥堵，流量控制是为了匹配接发速率

代表网络拥塞的不同事件导致不同策略（TCP Reno）：

• 无拥塞：
  • cwnd < ssthresh: cwnd = min{cwnd*2, ssthresh}（慢开始）
  • cwnd > ssthresh: cwnd = cwnd + 1; (拥塞避免）
• 重传：ssthresh/2，cwnd = 1 (慢开始)
• 快重传：连续三个冗余ACK，ssthresh/2, cwnd = ssthresh (拥塞避免) (这个跳过慢开始的策略叫快恢复)。

杂记

• 应用层只是用而已。
• 运输层提供端口到端口通信，协议首部中只包含16bit的端口号，将传到主机的IP数据报分拣到各端口；
• 网络层提供IP到IP通信，协议中的SAC为4B(32bit)的IPv4地址，在网络中将上层数据包成IP快递送来送去；
• 数据链路层提供硬件到硬件通信，协议中的SAC为MAC地址
• 物理层是真传。

传输层的长度是全部长度，网络层的长度是首部长度