计算机网络 - 运输层

第五章 - 运输层

来源Bilibili湖科大教书匠计算机网络教程：计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）

运输层概述

• 物理层 、数据链路层 和 网络层 共同解决了将主机通过异构网络互联起来所面临的问题 , 实现了主机之间的通信。
• 但实际上，在计算机中进行通信的真正实体是位于 通信两端主机中的进程
• 运输层的任务：为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务。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、所采用了路由选择协议等），它使应用进程之间好像有一条端到端的逻辑通信信道。
• 根据需求不同，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 和 无连接的UDP

运输层端口号、复用与分用的概念

端口号：

发送方的复用和接收方得到分用：

TCP/IP 体系的应用层常用的运输层熟知端口号：

UDP和TCP的对比

TCP的流量控制

接收方可以对发送方进行流控

TCP的拥塞控制

• 对网络中某一资源的需求超过了该资源的所能提供的可用部分，网络性能就要破坏，这种情况在网络中就叫做拥塞。
• 若出现拥塞而不加以控制，整个网络的吞吐量将会随负荷增大而下降

• 发送方维护一个叫做 拥塞窗口 cwnd 的 状态变量，其值取决于网络的拥塞程度，并且动态变化
  • 维护 拥塞窗口的原则：网络越宽松，窗口越大。网络越拥塞，窗口越小
  • 判断 拥塞的依据：没有按时收到应当到达达确认报文
• 发送方将拥塞窗口作为 发送窗口swnd ,即swnd = cwnd
• 维护一个慢开始门限 ssthresh 状态变量：
  • 当 cwnd < ssthresh 时 ：使用慢开始算法
  • 当 cwnd > ssthresh 时 ：使用拥塞避免算法
  • 当 cwnd = ssthresh 时 ：两者都行

cwnd 起始值为1 ，ssthresh 起始值为16，传输轮次 就是 一个数据交换一个来回

当 cwnd < ssthresh 时 拥塞窗口 呈 指数增长，1 2 4 8 16

当 cwnd > ssthresh 时 使用 拥塞避免算法 拥塞窗口 呈线性增长，假设 由于 窗口过大导致 部分报文段丢失

报文段丢失，发送方判断网络出现了拥塞，更新了 ssthresh 的 值为 当前 cwnd 的一半，将 cwnd 的值减少为1，并重新开始执行慢开始 算法

快重传

快恢复

和原来不同的 是 ，当发送方发现丢失了 个别报文段时， 发送方不再将 cwnd 置为1 而是 将 ssthresh 的值 和 cwnd 的值 调整为当前的一半，然后执行拥塞避免。

TCP超时重传时间的选择

TCP可靠传输的实现

TCP的运输连接管理

TCP的连接建立

• TCP 是面向连接的协议，它基于运输连接来传送TCP报文段
• TCP 运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中不可缺少的过程
• TCP 运输连接有以下三个阶段
  • 建立TCP连接
  • 数据传输
  • 释放TCP连接
• TCP 运输连接管理 就是控制 运输连接的正确建立和释放都能正常的进行

• TCP 三报文握手 建立连接

  

  在本例中，A 主动打开连接，而 B 被动打开连接。

  1. 一开始，B 的 TCP 服务器进程 先创建 传输控制快 TCB ，准备接受客户进程的连接请求。然后服务器进程就处于 LISTEN 状态，等待客户请求。
  2. A 的 TCP 客户进程 也是首先创建 传输控制模块 TCB 。打算 建立 TCP连接时，向 B 发送 连接请求报文段，这是 首部中的同步位 SYN = 1，同时选择一个初识序号 seq = x 。 TCP 规定 SYN =1 的数据报 不能携带数据 ，但要消耗掉一个序号。此时 TCP 客户进程进入 SYN-SENT （同步已发送）状态 。
  3. B 收到连接 请求报文段后，如同意连接，则向 A 发送确认。 再确认报文段中 将 SYN 和 ACK 都置为 1 ，确认号是 = x +1 ，序号 seq = y。
  4. TCP 客户进程收到 确认数据报后，还要向 B 发送确认，ACK = 1 ,seq = x+1,ack = y+1,这是 TCP 连接已建立，A 进入 ESTABLISHED 状态 ，当 B 接收到后，也转换成 ESTABLISHED 状态

• TCP 为何不能 两报文建立连接

  

  一旦出现 TCP 连接请求晚到的情况 ，会浪费服务器资源

TCP的连接释放

• TCP 通过 四报文挥手 来释放连接

• 保活计时器。每收到一次 客户端发来的数据，保活计时器就更新，与 session 的机制类似。

TCP报文段的首部格式