计算机网络：运输层

运输层

运输层主要解决了应用进程之间的通信，称之为端到端协议

1.运输层概述

计算机网-------络体系结构的角度

AP:应用进程之间的简称

2. 运输层端口号、复用与分用的概念

2.1 端口号

2.2 发送方的复用（multiplexing）和接收方的分用（demultiplexing）

• 复用

**UDP复用：**发送发某些应用进程发送的应用报文使用UDP进行封装

**TCP复用：**发送发某些应用进程发送的应用报文使用TCP进行封装

• TCP/IP体系的应用层常用的运输层端口号

3. TCP/UDP

• TCP和UDP是TCP/IP体系结构运输层中两个重要协议

• UDP协议（发短信协议）

  • 可以随时发送数据

  • UDP支持一对一，一对多通信

  • UDP是面向应用报文的（对应用报文不拆分）

    

  • UDP提供不可靠传输服务

  • 首部开销小：8字节

    

• TCP协议（打电话协议）

  • 发送数据前 必须使用“三次握手”，结束后“四次挥手”

  • TCP仅支持一对一通信

  • TCP是面向字节流的（对应用报文拆分成字节形式）

    

  • TCP提供可靠传输服务

  • 首部开销大20~60字节

    

4. TCP的流量控制（flow control）

前言：如果发送方发送数据过快，接收方就可能来不及接收

• 流量控制：让发送方发送速率不要太快
• 利用滑动窗口机制可以实现对发送方的流量控制

例：

rwnd=0可能会出现死锁情况，所以在收到rwnd=0时需要启动一个接收计时器（超时后发送窗口探测报文）

下面为下述情况举例：

5. TCP的拥塞控制（congestion control）

• 拥塞：网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分

• 若出现拥塞而不进行控制，整个网络吞吐量将随着负载的增大而下降

cwnd:拥塞窗口

swnd:发送窗口

ssthresh：慢开始门限

5.1 TCP的拥塞控制算法——慢开始

​

初始拥塞窗口是1，慢开始门限是16

经过确认后cwnd每轮自加

…

5.2 TCP的拥塞控制算法——拥塞避免

• 经过确认后cwnd每轮加1

…

• 直到增的大到报文段在传输时丢失，判断网络可能出现拥塞

总共折线图

5.3 TCP的拥塞控制算法——快重传

有时个别报文段会在网络中丢失，但实际上网络并未发生拥塞（会降低效率)

快重传算法可以让发送方早知道个别报文段的丢失，尽快进行重传

例子解释：

5.4 TCP的拥塞控制算法——快恢复

综合例题：

6. TCP超时重传时间的选择

RTO:超时重传时间

RTT:报文段往返时间

为了使用效率，RTO的值应该略大于RTT的值

加权平均往返时间算法：

RTT偏差的加权平均：

RTO算法：

tips:

如果出现超时重传，就把超时重传时间（RTO）增大一些（两倍）

7. TCP可靠传输的实现

• TCP基于以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输

  • 发送窗口

  

  
  • 接收窗口

  

  

例：

8. TCP的运输连接管理

• TCP运输连接由三个阶段
  • 建立TCP连接（三次握手）
  • 数据传送
  • 释放TCP连接（四次挥手）

8.1 TCP的连接建立

TCP客户：TCP连接的发起者

TCP服务器：被动等待的进程

注：

同步位SYN=1时，发送的报文段不能携带数据

下一步的确认字段ACK=上一步的序号字段seq+1

8.2 TCP的连接释放

如果不进行等待可能会导致服务器端无法关闭

对于连接异常的探测机制：保活计时器

9. TCP报文段的首部格式

• 一个TCP报文段由首部和数据载荷两部分组成

  

• TCP的全部功能都体现在它首部中各字段的作用

  

  

  

  

  

  

  举例

  如果数据偏移值=0101，则首部为20字节
  $$20=(0101{)}_2\ast 4字节$$