计算机网络(五)——运输层

1.运输层概述

    之前课程所介绍的计算机网络体系结构中的物理层、数据链路层以及网络层它们共同解决了将主机通过异构网络互联起来所面临的问题,实现了主机到主机的通信

    但实际上在计算机网络中进行通信的真正实体是位于通信两端主机中的进程

    如何为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务是运输层的任务,运输层协议又称为端到端协议。

    运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节(如网络拓扑、所采用的路由选择协议等),它使应用进程看见的就好像是在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道

    根据应用需求的不同,因特网的运输层为应用层提供了两种不同的运输协议,即面向连接的TCP无连接的UDP,这两种协议就是本章要讨论的主要内容。


2.运输层端口号、复用与分用的概念


3.UDP和TCP的对比

用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)

无连接

支持一对一,一对多,多对一和多对多交互通信。

对应用层交付的报文直接打包

尽最大努力交付,也就是不可靠;不使用流量控制和拥塞控制。

首部开销小,仅8字节


传输控制协议TCP(Transimission Control Protocol)

面向连接

每一条TCP连接只能有两个端点EP,只能是一对一通信。

面向字节流

可靠传输,使用流量控制和拥塞控制。

首部最小20字节,最大60字节


4.TCP的流量控制

一般来说,我们总是希望数据传输得更快一些。
    但如果发送方把数据发送得过快,接收方就可能来不及接收,这就会造成数据的丢失。

所谓流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快,要让接收方来得及接收

利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接.上实现对发送方的流量控制。
    TCP接收方利用自己的接收窗口的大小来限制发送方发送窗口的大小。
    TCP发送方收到接收方的零窗口通知后,应启动持续计时器。持续计时器超时后,向接收方发送零窗口探测报文


5.TCP的拥塞控制


6.TCP超时重传时间的选择


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。
    发送方在未收到接收方的确认时,可将发送窗口内还未发送的数据全部发送出去;
    接收方只接收序号落入发送窗口内的数据;

虽然发送方的发送窗口是根据接收方的接收窗口设置的,但在同一时刻,发送方的发送窗口并不总是和接收方的接收窗口一样大。
    网络传送窗口值需要经历一定的时间滞后,并且这个时间还是不确定的。
    发送方还可能根据网络当时的拥塞情况适当减小自己的发送窗口尺寸。

对于不按序到达的数据应如何处理,TCP并无明确规定。
    如果接收方把不按序到达的数据一律丟弃, 那么接收窗口的管理将会比较简单,但这样做对网络资源的利用不利,因为发送方会重复传送较多的数据。
    TCP通常对不按序到达的数据是先临时存放在接收窗口中, 等到字节流中所缺少的字节收到后,再按序交付上层的应用进程。

TCP要求接收方必须有累积确认和捎带确认机制,这样可以减小传输开销。接收方可以在合适的时候发送确认,也可以在自己有数据要发送时把确认信息顺便捎带上。
    接收方不应过分推迟发送确认, 否则会导致发送方不必要的超时重传,这反而浪费了网络的资源。
    TCP标准规定,确认推迟的时间不应超过0.5秒。若收到一连串具有最大长度的报文段,则必须每隔一个报文段就发送一个确认    [RFC 1122]。
    捎带确认实际上并不经常发生,因为大多数应用程序很少同时在两个方向上发送数据。

TCP的通信是全双工通信。通信中的每一方都在发送和接收报文段。因此,每一方都有自己的发送窗口和接收窗口。在谈到这些窗口时,一定要弄清楚是哪一方的窗口。


8.TCP的运输连接管理

TCP的连接建立

TCP的连接建立要解决以下三个问题:
    ①使TCP双方能够确知对方的存在;
    ②使TCP双方能够协商一些参数(如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等) ;
    ③使TCP双方能够对运输实体资源(如缓存大小、连接表中的项目等)进行分配。



TCP的连接释放


9.TCP报文段的首部格式

    为了实现可靠传输,TCP采用了面向字节流的方式。

    但TCP在发送数据时,是从发送缓存取出一部分或全部字节并给其添加一个首部使之成为TCP报文段后进行发送。
        一个TCP报文段由首部数据载荷两部分构成;
        TCP的全部功能都体现在它首部中各字段的作用。

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