title: 计算机网络——第五章运输层
tag: 计算机网络
category: 计算机网络
date: 2018-06-21

计算机网络——第五章运输层

名词

TPDU：运输协议数据单元，对等传输实体在通信的时传送的数据单元
端口：16位，只具有本地意义

服务端使用的端口号

（1）熟知端口号或系统端口号，数值为0～1023
FTP：21
TELNET：23
SMTP：25
DNS：53
TFTP：69
HTTP：80
SNMP：161
SNMP（trap）：162
HTTPS：443
（2）登记端口号：数值为1024～49151

客户端使用的端口号：数值为49152～65535，仅在客户进程运行时才动态选择，又叫短暂端口号

一个进程的全网唯一标识：协议+本地地址+本地端口号
一个完整的进程通信标识：协议+本地地址+本地端口+远程地址+远地端口号

用户数据报协议UDP

*传输单元：*UDP用户数据报

特点：
（1）UDP是无连接的，不需要建立连接
（2）UDP使用尽最大努力交付，即不可保证可靠交付，不需要维持连接状态表
（3）UDP是面向报文的，发送时直接添加首部后向下交付IP层，对报文既不合并也不拆分，而是保留这些报文的边界（不处理报文，应用层交给UDP多长报文，就多长照常交给IP，一次一个报文），接收时也什么不用处理，去掉UDP首部后直接交付给应用层
（4）UDP没有拥塞控制，网络拥塞时不会使源主机发送效率降低，没有重传，实时性要求高，准确性要求不高
（5）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
（6）UDP的首部开销小，只有8个字节
首部格式：

（1）源端口：2字节
（2）目的端口：2字节
（3）长度：2字节，UDP用户数据报的长度，最小为8
（4）检验和：2字节，检测UDP用户数据报在传输中是否有错

*计算检验和：*计算时，在UDP用户数据报之前增加12字节的伪首部（检验和时才会添加），得到一个临时的UDP用户数据报，IP数据报检验只检验IP首部，UDP的检验和是把首部和数据部分一起都检验
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nL6TPSeP-1586740468330)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-8df9e51565bb1f29.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

传输控制协议TCP

*传输单元：*TCP报文段

首部格式：
20字节固定，后面4n可变长度，最小长度20字节
（1）源端口和目的端口：各占2字节
（2）序号：4字节，0~2^{32-1，使用mod2}32运算
（3）确认号：4字节，期望收到下一个报文段的第一个数据字节的序号
（4）数据偏移：4位，指出数据起始处距离报文段的起始处有多远
（5）保留：6位
（6）紧急URG（URGent）：为1时表示紧急指针有效，改变传输的优先级，带有紧急的优先传送
（7）确认ACK：=1时有效
（8）推送PSH：当通信时，有时在一端的应用程序希望在键入一个命令后立即受到对方的响应
（9）复位RST：=1，表示TCP连接中出现严重差错
（10）同步SYN：在连接建立时来同步序号，=1且ACK=0表示连接请求报文，=1且ACK=1表示同意建立连接
（11）终止FIN：释放连接，=1表示发送方的数据已发送完毕，并要求释放连接
（12）窗口：2字节，指的是发送本报文段的一方的接受窗口（不是自己的发送窗口），作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据（允许发送方发送的数据量）
（13）检验和：2字节，检验的范围包括首部和数据
（14）紧急指针：2字节，URG=1有效
（15）选项：最大报文段长度MSS，是每一个TCP报文段中的数据字段的最大长度
特点：
（1）TCP是面向连接的运输层协议，必须建立TCP连接
（2）每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的
（3）TCP提供可靠交付的服务
（4）TCP提供全双工通信，TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据，两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据
（5）面向字节流，传送的时候是字节流

TCP的连接：
连接的端点是套接字或插口：IP地址+端口号
三次握手：此处当B确认并同步报文可以分成两个，就会变成4次握手
（1）A请求报文
（2）B确认，并同步，SYN=1
（3）A再一次确认，建立连接（防止A的第一次已失效的请求报文传送到了B）

四次挥手：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xvG0Slif-1586740468338)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-34846c8f9e910601.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]（1）先A请求关闭，关闭A的发送，A不在发送数据但是要接收
（2）B确认，但B会继续发送数据，A会继续接收
（3）B关闭发送，B不在发送数据
（4）A确认，B先关闭
（5）一段时间后，A自动关闭，断开连接

有限状态机：

**停止等待协议：**等待确认再发送下一个分组
无差错情况：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vQhg37hr-1586740468346)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-97e52424b5d1e59a.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

出现差错：
如果出现差错，就丢弃分组且不会发出确认，A一定时间后没有收到确认就重传

确认丢失和确认迟到：

信道利用率：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ctX7vmRS-1586740468352)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-9eb652b0a947a516.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vAwrynGM-1586740468355)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-19478707ccdf0191.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

连续ARQ协议
滑动窗口，发送一个窗口的分组，这个窗口中的分组不用等待确认，连续发送，然后确认后在移动窗口

可靠传输的实现：
字节为单位的滑动窗口，发送窗口在连接建立时由双方商定
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vgEPo2r4-1586740468358)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-62d9e1d3c62cbe4a.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]发送窗口表示：在没有收到B的确认的情况下，A可以连续把窗口内的数据都发送出去，凡是已经发送过的数据，在未收到确认之前都必须暂时保留，以便在超时重传时使用。发送窗口里面的序号表示允许发送的序号，A的发送窗口一定不能超过B的接收窗口的数值。发送窗口后沿的变化有不动（没有收到新的确认）和前移（收到了新的确认）两种，发送窗口的前沿也可能向后收缩。[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MqPPRL3p-1586740468359)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-0d1c4b58e46e8998.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]发送窗口需要三个指针P1、P2、P3来判定状态。[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RFrJy0Eq-1586740468361)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-35fa04c029079037.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6MC5dkse-1586740468363)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-5cb4b8ac34f2df81.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]发送缓存：
（1）存放发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据
（2）存放TCP已发送出但尚未收到确认的数据
接收缓存：
（1）存放按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据
（2）未按序到达的数据
如果接收应用程序来不及读取收到的数据，接收缓存最终就会被填满，使接收窗口减小到0，反之，接收窗口就增大，但最大不能超过接收缓存的大小

超时重传时间的选择：
RTT：报文段的往返时间
RTTs：平滑的往返时间，RTT的加权平均返回时间
公式：RTTs = （1-@）* 旧RTT+@ * 新RTT
其中@一般为0.125
RTO：超时重传时间
RTTd：RTT的偏差的加权平均值
公式：新的RTTd=（1-b）* 旧的RTTd+b * |RTTs - 新RTT|
b一般为0.25
公式：RTO = RTTs + 4*RTTd

TCP的流量控制：
让发送方的发送速率不要太快，要让接收发来的及接收

TCP的拥塞控制：
防止过多的数据注入到网络，使路由器或链路不至于过栽
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uvx51U05-1586740468367)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-b40752b75b15832c.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]
（1）慢开始和拥塞避免
慢开始：当主机开始发送数据时，先探测一下，由小到大逐渐增大发送窗口，每收到一个确认后拥塞窗口就增加最多一个SMSS的数值
拥塞避免：让拥塞窗口cwnd缓慢的增大，每经过一个RTT就把发送方的拥塞窗口+1[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OyPMPZR8-1586740468371)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-f31e1aef8330e400.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

（2）快重传和快回复
快重传：让发送方尽早知道发生了个别报文段的丢失，当发送方一连收到3个重复确认，就立即重传
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5C3yVnFh-1586740468374)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/4061843-c0ad9c26830ce5b3.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

**主动管理队列AQM：**当在队列长度达到某个值得警惕的数值时，就主动丢弃到达的分组，以此提醒发送方放慢发送速率

PHS1024

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