【计算机网络】传输层知识要点

传输层，又叫运输层，transportation。核心是向应用层、会话层、表示层提供通信服务；它覆盖在网络层基础上，抹去了网络和主机通信这两个概念，通信的端点是应用进程；现在的操作系统都提供传输层服务，包含了差错检测，具有一定可靠性，而非IP数据报只检验首部。

传输层传输的也是数据报，这一层数据报包裹在IP数据报里面，到达终点后，传输层将数据报交付应用层的某个端口，端口是传输层的概念，它和OS中的某个进程相对应。端口号和进程ID不一样，不是一个东西。像很多软件都有端口映射，即使用传输层的协议，它是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址 。服务器端口号位于0~1023之间，剩下的脚客户端端口号，可以随意指定和使用。常用的应用层协议都是固定的端口号。

一、UDP

UDP面向报文而非面向连接，属于不可靠传输，丢失信息不负责重传；每次都交付一个完整的报文，没有拥塞控制，支持多播。

UDP协议报文的首部为8个字节，源端口、目的端口、长度、检验和，各占两个字节。检验和的计算使用到了伪首部，伪首部中包含了源IP地址，目的IP地址，报文长度等信息，但是这个并不向上或向下传递，所以就在计算完检验和之后就丢弃了。且检验和的计算是包含了数据部分在内一起计算的。

之所以是伪首部，是因为伪首部中的信息在IP数据报中都可以找到，所以不用再传输第二遍，接收方在得到UDP数据报的时候就能够知道伪首部中的所有的信息。

二、TCP

TCP是整个网络传输过程中保证可靠传输的唯一的路径，各个层中的检验和不算在内。它面向连接，点对点通信，全双工，面向字节流。使用套接字即ip地址和端口号的组合作为通信的两端。TCP所要完成的工作就是，确保接收方一定接收到了数据，而且当发送方的速率不论是多少，接收方都要能够接收得住。

TCP报文段的首部信息：

源端口、目的端口

序号，即字节流到底是第一个分组

确认号，是接收方返回给发送方的序号

数据偏移，即TCP报文首部的长度

紧急URG，紧急数据需要优先发送的

推送和复位，由于必须填满缓存才会发送出去，推送即在不填满缓存的情况 下提前发送出去。

窗口，双方约定的最大的滑动窗口的大小。

检验和

其他……

停止等待协议：

发送方向接收方发送消息，等到接收方反馈回之后，再发送下一次信息。这里就有超时计时器的超时重传，接收方不需要主动要求重传某个请求，全部由发送方处理，如果反馈信息接收到多次，则抛弃。

ARQ协议：

即带滑动窗口的停止等待协议，滑动窗口就是分组的组合。

滑动窗口被当成了一个整体，用来传送数据，超时重传的时间选择是一个自适应算法，Karn算法，只要报文段重传了，就不采用往返时间样本，避免出现不知道该选择哪一个发送时间的问题。

SACK选择确认：虽然选择确认可以做到，即中间漏掉的数据的话，只重传漏掉的数据，而不重传整个发送的N个数据，这样代价比较大。但是，由于SACK文档的不完备性，所以现在的协议当中仍然是重传漏传数据之后的所有部分。

TCP流量控制：

流量控制的意思就是让数据发送的不要太快，所以发送方的窗口值不能大于接收方窗口的数值。接收方对发送方的确认数据中有流量控制字段，可以要求发送方更改窗口值。而当接收方给发送发一个0值时，即不让发送方继续发送数据了，这时就要设置一个持续计时器，用来确认探测报文是否被丢失淹没了。即使窗口为0，也应当接收零窗口探测报文、确认报文、携带紧急数据的报文。

为了提高传输效率，发送方当字节缓存装满、推送字段控制、计时器时限到了时，就将数据封装成TCP报文发送出去。这里用到了Nagle算法，目的是为了提高网络的吞吐量。

糊涂窗口综合征：当接收方缓存已满时出现的，情况是每次的报文都只包含一个字节，造成首部信息相比数据信息太大，效率极低。解决方法是让接收方多等一会，等到缓存腾出来以后，再设置接收窗口的大小。

TCP拥塞控制：

拥塞控制主要是指网络的传输拥堵，而非点对点通信的停滞，这叫做流量控制。

衡量网络畅通与否的参数叫吞吐量，输入越多的负载，即越多的报文包，吞吐量应该能够理想地解决，但是如果不加控制的话，就会造成报文的拥堵，吞吐量降低，直到为0，称为死锁。最根本的就是网络的各部分必须能力平衡相称。

拥塞控制的主要方法：

慢开始：滑动窗口的数值从1开始，呈指数增长；

拥塞避免：当窗口值增长到慢开始门限之后，要以线性增长，一旦出现重传，就要减低窗口值；

快重传：接收方每次都要立即发送确认报文确认丢失了信息，而不是继续等待；收到3个重复的确认，就认为网络拥堵了，就要减低窗口值；

快恢复：减低到之前窗口最大值的一半，就叫快恢复。

RED：在网络还没出现拥堵的情况下，随机地在路由器中的报文随机丢弃一些，使一些TCP链接进行流量控制，用来换取整个网络不会采用拥塞控制。

TCP连接管理：

三握手：在连接阶段采用三握手：当然发送方在接收到确认之后还要再进行一次确认，目的是为了防止已经失效的连接请求报文突然又传送到接收方。

四握手：连接释放采用四握手：发送方给接收方发送断开请求，接收方发送确认，并发送完剩余的数据，然后再发送关闭确认，发送方再发送返回确认，即可实现TCP连接的关闭。接收方的关闭要比发送方早，因为发送方害怕接收方始终在等待，所以自己有一个保活计时器。

三、表示层

添加一点不属于传输层的东西，表示层面向应用层服务，主要是检查语法和语义，符合要求才提供到上一层。加密解密即在这一层中控制。

四、会话层

会话层比表示层第一层，建立和维持会话session，通过点校验实现大文件传输中断后从中恢复通信。