计算机网络

##第五章 传输层
author:slightwjq
2023年1月9日

5.1 传输层提供的服务

传输层是面向通信部分的最高层，也是面向用户功能的最底层。传输层功能如下：传输层提供应用进程之间的逻辑通信；复用和分用；对收到的报文进行差错检测；提供两种不同的传输协议。

传输层的寻址与端口

端口能让应用层的各种进程将其数据通过端口向下交付给传输层。端口是传输层的服务访问点，端口标识的是主机中的应用进程。
端口号：应用进程通过端口号进行标识，长16bit，熟知端口号：FTP21、TELNET23、SMTP25、DNS53、HTTP80。

5.2 UDP协议

UDP仅在IP数据服务之上增加了复用和分用以及差错检测。UDP常用于一次传输较少数据的网络应用，UDP尽最大努力交付，是面向报文的。
UDP首部有8B，字段如下：源端口，目的端口，长度，校验和。

5.3 TCP协议

TCP协议的特点

• TCP是面向连接的，TCP连接是一条逻辑连接。
• 每条TCP连接只能有两个端点，每条TCP连接只能是端到端的。
• TCP提供可靠交付的服务。
• TCP提供全双工通信。
• TCP是面向字节流的。

TCP报文段

报文段的前20B是固定的。各字段意义如下：

• 源端口和目的端口：各占2B。
• 序号：占4B，本报文段第一个字节的序号。
• 确认号：占4B，期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。
• 数据偏移：即首部长度。
• 保留：6b。
• 紧急位URG：URG = 1时，应尽快传送。
• 确认位ACK：TCP连接后，ACK = 1。
• 推送位PSH：PSH = 1，尽快交付给应用进程。
• 复位位RST：RST = 1，出现严重差错，需重新连接。
• 同部位SYN：SYN = 1，表示这是一个连接请求或连接接受的报文。
• 终止位FIN：用来释放一个报文。
• 窗口：占2B。
• 校验和：占2B。
• 紧急指针
• 选项
• 填充

TCP连接管理

TCP连接采用C/S模式。

TCP连接的建立

通常称为三次握手：

• 客户机向服务器发送连接请求报文段，SYN = 1，seq = x，ACK = 0.
• 服务器发回确认，SYN = 1，ACK = 1，seq = y，ack = x+1。
• 客户机发出对确认的确认，ACK = 1，seq = x+1，ack = y+1。

服务端的资源是在第二次握手时分配的，客户端的资源是在第三次握手是分配的，服务器容易受到SYN洪泛攻击。

TCP连接的释放

通常称为四次握手：

• 客户机打算关闭连接，发送连接释放报文段，FIN = 1，seq = u。
• 服务器收到后发出确认，ACK = 1，seq = v，ack = u+1。
• 服务器再通知TCP释放连接，FIN = 1，ACK =1，seq = w，ack = u+1。
• 客户机收到连接释放报文段后发送确认，ACK= 1，seq = u+1， ack = w+1。

TCP可靠传输

TCP的任务是在IP层不可靠的基础上，建立一种可靠数据传输服务。
有两种事件会导致TCP对报文进行重传：超时和冗余ACK。

TCP拥塞控制

拥塞控制是让网络能够承受现有的网络负荷，是一个全局性问题。有四种算法，慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复。
发送窗口的上限 = min(rwnd, cwnd)。

慢开始和拥塞避免

慢开始：开始发送报文段时，cwnd = 1，即1个最大报文段长度MSS。每经过一个RTT，cwnd加倍，直到一个规定的慢开始门限ssthresh，改用拥塞避免算法。
拥塞避免算法：每经过一个RTT，cwnd + 1。
拥塞处理：将ssthresh设为cwnd的一半，但不小于2，后将cwnd设为1，再执行慢开始。

快重传和快恢复

快重传：收到三个重复的ACK，直接重传对方尚未收到的报文段，不必等到超时
快恢复：收到三个冗余的ACK后，将ssthresh设为cwnd的一半，不同的是，将cwnd设为门限ssthresh改变后的数值，开始执行拥塞避免。

超时时，采用慢开始和拥塞避免；冗余ACK时，采用慢开始和快恢复。

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