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1.1 传输层的功能
1.1.1 传输层的功能如下#xff1a; 传输层提供应用进程之间的逻辑通信#xff08;即端到端的通信#xff09;。与网络层的区别是#xff1a;网络层提供的是主机之间的逻辑通信。
1.1.2 复用和分用 传输层要还要对收到的报文进行…一、传输层提供的服务
1.1 传输层的功能
1.1.1 传输层的功能如下 传输层提供应用进程之间的逻辑通信即端到端的通信。与网络层的区别是网络层提供的是主机之间的逻辑通信。
1.1.2 复用和分用 传输层要还要对收到的报文进行差错检测首部和数据部分。而网络层只检测IP数据报的首部不检验数据部分是否出错。 提供两种不同的传输协议即面向连接的TCP和无连接的UDP。而网络层无法同时实现两种协议即在网络层要么只提供面向连接的服务虚电路...要么只提供无连接的服务数据报... 当传输层采用的是面向连接的TCP时尽管下面的网络是不可靠的但这种逻辑通信的信道就相当于一条全双工的可靠信道。但当传输层采用无连接的UDP服务时这种逻辑通信仍然是不可靠的信道。
1.2 传输层的寻址与端口
1.2.1 端口的作用 端口能够让应用层的各种应用进程将其数据通过端口向下交付给传输层以及让传输层知道应当将其报文段的数据向上交付给应用层相应的进程。端口时传输层服务访问点它在传输层的作用类似于IP地址在网络层的作用或MAC在数据链路层的作用只不过IP地址和MAC地址标识的是主机而端口标识的是主机中的应用进程。
1.2.2 端口号 应用进程通过端口号进行标识端口号的长度为16bit能够表示65536个不同的端口号。端口号只具有本地意义即端口号只标识本计算机应用层中的各进程。
根据端口号的范围将端口号分为两类
服务器端使用的端口号其又分为两类最重要的是熟知端口号数值为0~1023另一类是登记端口号数值为1024~49151。它是供没有熟知端口号的应用进程使用的必须进行登记以防重复。客户端使用的端口号短暂性端口号可以让客户进程反复使用
1.2.3 套接字 在网络中通过IP地址来标识和区别不同的主机通过端口号来标识和区分一台主机中的不同应用进程端口号拼接到IP地址即构成了套接字Socket。套接字实际上是一个通信断点 套接字Socket IP地址 端口号可以唯一地标识网络中的一台主机和其上的一个应用进程。
1.3 无连接服务和面向连接服务 面向连接服务就是在通信双方进行通信之前必须建立连接在通信过程中整个连接的情况一直被实时地监控和管理。通信结束后必须释放连接。 无连接服务是指两个实体之间的通信不需要先建立好连接需要通信时直接将信息发送到”网络“中让该信息的传递在网上尽力而为地往目的地传送。 TCP提供面向连接的服务在传送数据之前必须建立连接数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或组播服务。TCP主要适用于可靠性更重要的场合文件传输协议FTP超文本传输协议HTTP远程登陆TELNET UDP是一个无连接的非可靠传输协议。它在IP之上提供了两个附加服务多路复用和对数据的错误检查。使用UDP的应用主要包括小文件输送协议TETPDNSSNMP和实时传输协议RTP。 IP数据报和UDP数据报的区别 IP数据报在网络层要经过路由的存储转发而UDP数据报在传输层的端到端的逻辑信息中传输封装成IP数据报在网络层中传输时UDP数据报的信息对路由是不可见的。 TCP和网络层虚电路的区别 TCP报文段在传输层抽象的逻辑信道中传输对路由器不可见虚电路所经过的交换节点都必须保存虚电路状态信息在网络层中若采用虚电路方式则无法提供无连接服务而传输层采用TCP不影响网络层提供无连接服务。 二、UDP协议
2.1 UDP数据报
2.1.1 UDP概述 UDP仅在IP数据报服务之上增加了两个最基本的服务复用和分用以及差错检测
UDP的优点
UDP无须建立连接无连接状态分组首部开销小应用层能更好地控制要发送的数据和发送时间UDP支持一对一一对多多对一和多对多的交互通信UDP是面向报文的。报文是不可拆分的是UDP数据报处理的最小单位。
2.1.2 UDP的首部格式
UDP数据报包含两个部分UDP首部和用户数据。
UDP首部有8B由四个字段组成
源端口源端口号在需要对方回信时使用不需要时可用全0目的端口目的端口号在终点交付报文时必须使用到长度UDP数据报的长度包括首部和数据其最小值是8仅有首部检验和检测UDP数据报在传输中是否有错有错就进行丢弃。该字段是可选的如果计算机不想计算校验和时则直接使这些校验和为0。
2.2 UDP校验 在计算校验和之前要在UDP数据报之前增加12B的伪首部临时添加在UDP数据前面将UDP数据报视为许多个16位的字串将这些16位数进行无进制相加最后按二进制反码求这些16位字的和。 注意 检验时若UDP数据报部分的长度不是偶数字节则需填入一个全0字节。但是此字节和位首部一样是不发送的 如果UDP校验和校验出UDP数据报是错误的那么可以丢弃也可以上传但是要附上错误报告告诉上层这是错误的数据报。 通过伪首部不仅可以检查源端口号目的端口号和UDP用户数据报的数据部分还可以检查IP数据报的源IP地址和目的地址。 三、TCP协议
3.1 TCP协议的特点
TCP连接是面向连接的传输层协议TCP连接是一个逻辑连接每一条TCP连接只能有两个端点每一条TCP连接只能是点对点一对一TCP提供可靠传输服务保证传输的数据无差错不丢失不重复且有序TCP提供全双工通信允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据为此TCP连接的两端都设有发送缓存和接受缓存用来临时存放双向通信的数据TCP是面向字节流的虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据快大小不等但TCP把应用程序交下来的数据仅视为一连串无结构的字节流。
3.2 TCP报文段 TCP传送的数据单元称为报文段。TCP的报文段既可以用来运载数据又可以用来建立连接、释放连接和应答。一个报文段分为首部和数据两个部分整个TCP报文报作为IP数据报的数据部分封装到IP数据报中其首部的前20B是固定的。TCP首部最短为20B后面有4N字节是根据需要而增加的选项长度为4B的整数倍。
TCP的全部功能体现在其首部的各个字段中各字段的意义是
源端口和目标端口
序号
确认号
数据偏移
保留
紧急位
确认位ACK
推送位PSH
复位位RST
同步位SYN
终止位FIN
窗口
检验和
紧急指针
选项
填充
3.3 TCP连接管理 TCP是面向连接的协议因此每一个TCP连接都有三个阶段连接建立数据传送连接释放。TCP连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常进行。
在TCP建立连接的过程中我们需要解决一下三个问题
要使每一方能够确定对方的存在要允许双方协商一些参数能够运输实体资源进行分配
3.3.1 TCP连接的建立3次握手
建立连接前服务器进程处于LISTEN状态等待客户的连接请求
第一步客户机的TCP首先向服务器的TCP发送连接请求报文段。
第二步客户机的TCP收到确认报文段后还要向服务器给出确认并为该TCP连接分配缓存和变量
第三步当客户机收到确认报文段后还要向服务器给出确认并为该TCP连接分配缓存和变量。
3.3.2 TCP连接的释放4次握手
第一步客户机打算关闭连接时向其TCP发送连接释放报文段并停止发送数据主动关闭TCP连接。该报文段的终止位FIN置1序号seq u它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号1FIN报文段即使不携带数据也消耗一个序号。
第二步服务器收到解释报文段后发出确认
第三步若服务器已经没有要向客户机发送的数据就通知TCP释放连接
第四步客户机收到连接释放报文段后必须发出确认。
3.4 TCP的可靠传输 TCP的任务是在IP层不可靠的、尽力而为服务的基础上建立一种可靠的数据传输服务。TCP使用 校验、序号、确认和重传等机制来达到这一目的。
3.4.1 序号 TCP首部的序号字段用来保证数据能有序地提交给应用层TCP把数据视为一个无结构但有序的字节流序号建立在传送的字节流上。
3.4.2 确认 TCP首部的确认号是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。发送缓存区会继续存储那些已发送但未接收到确认的报文段以便在需要时重传。 TCP默认使用累积确认即TCP只确认数据流中至第一个丢失字节为止的字节。
3.4.3 重传
3.4.3.1 超时重传 TCP每发送一个报文段就对这个报文段设置一个计时器。计时器设置的重传时间到期但还未收到确认时就要重传这个报文段。 为了计算超时计时器的重传时间TCP采用了一种自适应的算法它记录一个报文段发出的时间以及收到相应确认的时间这两个时间之差称为报文段的往返时间。
3.4.3.2 冗余ACK冗余确认 发送方通常可以在超时事件发生之前通过所谓的冗余ACK来较好的检测丢包情况。冗余ACK就是再次确认某个报文段的ACK而发送方先前已经收到了该报文段的确认。TCP规定每当比期望序号大的失序报文段到达时就发送一个冗余ACK指明下一个期待字节的序号。 TCP规定当发送方收到对同一个报文段的3个冗余ACK时就可以认为跟在这个被确认报文段之后的报文段已经丢失。
3.5 TCP的流量控制 TCP提供流量控制服务来消除发送方发送速度太快使接收方缓存区溢出的可能性因此可以说流量控制是一个速度匹配服务匹配发送方的发送速率和接收方的接收速率
3.6 TCP的拥塞控制 拥塞控制和流量控制的区别拥塞控制是让网络能够承担先有的网络负荷是一个全局性过程涉及所有主机所有路由器以及与见地网络传输性能有关的所有因素。相反流量控制往往是指点对点的通心量的控制是一个端到端的问题它所要做的是抑制发送端发送数据的速率以便接收端来得及接收。
TCP协议要求发送发维护一下两个窗口接收窗口和发送窗口
接收窗口发送窗口
3.6.1 慢开始和拥塞避免
3.6.1.1 慢开始 在TCP刚刚好连接好并开始发送TCP报文段先令拥塞窗口cwnd 1即一个最大报文段长度MSS每收到一个对新报文段的确认后将cwnd 1即增大一个MSS。从1-2-4-8... 慢开始到了一个规定的慢开始门限然后改用拥塞避免算法。
3.6.1.2 拥塞避免算法 拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd慢慢增大具体做法是让拥塞窗口cwnd按线性规律缓慢增长
3.6.1.3 网络拥塞的处理 当出现网络拥塞就要把慢开始门限设置为出现拥塞时的发送方的cwnd的一半但不能小于2。
3.6.2 快重传和快恢复
3.6.2.1 快重传 当发送方连续收到三个重复的ACK报文直接重传对方尚未收到的报文段而不必等待那个报文段设置的重传计时器超时。
3.6.2.2 快恢复 快恢复算法当发送方连续收到三个重复的ACK报文执行乘法减小算法把慢开始门限设置为此时发送方cwnd的一半开始执行线性增长。
