运输层知识与技能总结 运输层知识与技能总结报告

1.功能
提供应用程序进程的逻辑通信
2.复用
所组成应用进程可以通过运输层再传到网络层
3.分用
运输层收到数据后，分别交付指明的应用进程
4.端口
端-端：由很多点到点组成。实现主机与主机的端-端通信协议，即网络控制协议（NCP）。
实现复用和分用
服务器的端口号
客户端的端口号
5.UDP协议
在IP数据报上增加端口和差错检测功能
特点：无连接、无确认、不可靠
首部格式：源端口、目的端口、长度、检验和
检验和的计算（二进制反码求和）
6.TCP协议
解决可靠传输、流量控制、拥塞控制等问题。
6.1特点
面向连接、可靠交付、全双工、面向字节流
6.2TCP连接
每条TCP连接有两个端点

6.3可靠传输
6.3.1停止等待协议
停止等待协议(stop-and-wait)是最简单但也是最基础的数据链路层协议。很多有关协议的基本概念都可以从这个协议中学习到。

"停止等待"就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。
6.3.1.1无差错情况
"停止-等待协议" 无差错情况 :

发送方 0 : 发送 0 00 帧 ;

接收方 0 : 接收 0 00 帧 , 并返回 0 00 帧 确认信息 ACK 0 00 ;

发送方 1 : 收到 ACK 0 00 确认帧后 , 发送 1 11 帧 ;

接收方 1 : 接收 1 11 帧 , 并返回 1 11 帧 确认信息 ACK 1 11 ;

发送方 0 : 收到 ACK 1 11 确认帧后 , 发送 0 00 帧 ; 注意此处的 0 00 帧 与 上面的 只是序号相同 , 数据不同 ;

接收方 0 : 接收 0 00 帧 , 并返回 0 00 帧 确认信息 ACK 0 00 ;


发送方 每发送一个数据帧 , 就停止等待 , 数据帧编号 使用 1 11 bit 编号就足够了 ;


上述过程是理想传输的情况 , 发送 与 接收 都没有差错产生 , 没有丢包 ;
6.3.1.2超时重传
超时重传机制:

① 超时计时器 : 发送方 每次 发送 数据帧 后 , 就会自动开始计时 ;

② 超时时间 : 超时重发的重传时间 , 比 帧传出的 平均 往返延迟 ( RTT ) 长 ;

③ 保留副本 : 发送方 发送完 数据帧后 , 必须 保留副本 , 以免丢包需要重传 ;

④ 帧编号 : 数据帧 与 确认帧 必须编号 ;
6.3.1.4确认迟到
简单，信道利用率低
采用流水线传输，需用到下面两种协议
连续ARQ协议
滑动窗口协议
6.5TCP报送首部格式
首部+数据两部分，首部20个字节
首部各个字段的意义
6.6流量控制
控制发送方速率，利用滑动窗口实现
TCP的传输效率
6.7拥塞控制
6.7.1拥塞
对资源总需求>可用资源
6.7.2方法/算法
6.7.2.1慢开始
假设当前发送方拥塞窗口cwnd的值为1，而发送窗口swnd等于拥塞窗口cwnd，因此发送方当前只能发送一个数据报文段（拥塞窗口cwnd的值是几，就能发送几个数据报文段），接收方收到该数据报文段后，给发送方回复一个确认报文段，发送方收到该确认报文后，将拥塞窗口的值变为2，发送方此时可以连续发送两个数据报文段，接收方收到该数据报文段后，给发送方一次发回2个确认报文段，发送方收到这两个确认报文后，将拥塞窗口的值加2变为4，发送方此时可连续发送4个报文段，接收方收到4个报文段后，给发送方依次回复4个确认报文，发送方收到确认报文后，将拥塞窗口加4，置为8，发送方此时可以连续发送8个数据报文段，接收方收到该8个数据报文段后，给发送方一次发回8个确认报文段，发送方收到这8个确认报文后，将拥塞窗口的值加8变为16。
6.7.2.2拥塞避免
也就是每个传输轮次，拥塞窗口cwnd只能线性加一，而不是像慢开始算法时，每个传输轮次，拥塞窗口cwnd按指数增长。同理，16+1……直至到达24，假设24个报文段在传输过程中丢失4个，接收方只收到20个报文段，给发送方依次回复20个确认报文段，一段时间后，丢失的4个报文段的重传计时器超时了，发送发判断可能出现拥塞，更改cwnd和ssthresh.并重新开始慢开始算法
6.7.2.3快重传
发送方发送1号数据报文段，接收方收到1号报文段后给发送方发回对1号报文段的确认，在1号报文段到达发送方之前，发送方还可以将发送窗口内的2号数据报文段发送出去，接收方收到2号报文段后给发送方发回对2号报文段的确认，在2号报文段到达发送方之前，发送方还可以将发送窗口内的3号数据报文段发送出去，

假设该报文丢失，发送方便不会发送针对该报文的确认报文给发送方，发送方还可以将发送窗口内的4号数据报文段发送出去，接收方收到后，发现这不是按序到达的报文段，因此给发送方发送针对2号报文段的重复确认，表明我现在希望收到的是3号报文段，但是我没有收到3号报文段，而收到了未按序到达的报文段，发送方还可以将发送窗口中的5号报文段发送出去,接收方收到后，发现这不是按序到达的报文段，因此给发送方发送针对2号报文段的重复确认，表明我现在希望收到的是3号报文段，但是我没有收到3号报文段，而收到了未按序到达的报文段,，发送方还可以将发送窗口内的最后一个数据段即6号数据报文段发送出去，接收方收到后，发现这不是按序到达的报文段，因此给发送方发送针对2号报文段的重复确认，表明我现在希望收到的是3号报文段，但是我没有收到3号报文段，而收到了未按序到达的报文段，

此时，发送方收到了累计3个连续的针对2号报文段的重复确认，立即重传3号报文段，接收方收到后，给发送方发回针对6号报文的确认，表明，序号到6为至的报文都收到了，这样就不会造成发送方对3号报文的超时重传，而是提早收到了重传。
6.7.2.4快恢复
1.当收到3个重复ACK时，把ssthresh设置为cwnd的一半，把cwnd设置为ssthresh的值加3，然后重传丢失的报文段，加3的原因是因为收到3个重复的ACK，表明有3个“老”的数据包离开了网络。

2.再收到重复的ACK时，拥塞窗口增加1。

3.当收到新的数据包的ACK时，把cwnd设置为第一步中的ssthresh的值。原因是因为该ACK确认了新的数据，说明从重复ACK时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态。
6.8运输连接
6.8.1客户无服务方式
主动发起连接建立的应用进程叫做客户（client），而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器（sever）。
6.8.23个阶段
6.8.2.1连接建立
假定主机A运行的是TCP客户程序，而B运行的是TCP服务器程序。最初两端的TCP都是处于CLOSED状态。A主动打开连接，B被动打开连接。
B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程A的请求。然后服务器出于LISTEN状态，等待客户A的连接请求。

A的客户端进程首先创建TCB，然后向B发送连接请求报文段。这时首部中的同不好SYN = 1，同时选择一个初始序号seq = x。TCP规定，SYN（SYN = 1）报文段不能携带数据，但是要消耗一个序号。这时客户机A进入同步已发送状态（SYN-SENT）。
B收到连接请求的报文段后，如果同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文段中应当把SYN和ACK的值都置为1，确认号是ack = x + 1，同时也为自己初始化一个序号seq = y。注意该报文也不能携带数据，但是需要消耗掉一个序号。此时TCP服务器进程进入同步收到状态（SYN-RCVD）。
TCP客户进程收到服务器端的确认后，还要想B发送确认。报文段的ACK置为1，确认号ack = y + 1，而自己的序号为seq = x + 1。TCP的标准规定，ACK报文段可以携带数据，如果不携带数据则不消耗序号，在这种情况下，下一个报文段的序号仍是seq = x + 1.这时TCP连接已经建立，此时A已经进入ESTABLISHED状态。当B收到确认后，也进入ESTABLISHED状态。
至此，A与B已经建立连接，我们称作“三次握手”或者“三次联络”。
6.8.2.1数据传送
6.8.2.1连接释放
当数据传输结束后，通信的上方都可以释放连接。现在A和B都处于ESTABLISHED状态。
A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，然后停止发送数据，主动关闭TCP连接。A的连接释放报文段把FIN置为1，其序号为seq = u，它等于前面已传送过的最后一个字节的序号加1。此时A进入FIN-WAIT-1状态，等待B的确认。TCP规定，FIN不携带数据，但是要消耗掉一个序号。
B收到连接释放报文段后向A发出确认，确认号是ack = u + 1,这个报文段自己的序号是v，等于B前面已传送数据的最后一个字节的序号加1。然后B进入CLOSE-WAIT状态。TCP服务器进程这时通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时TCP的连接处于半关闭状态，即A已经没有数据向B发送了，但是若B仍要发送数据，A依旧要接受。也就是说从B到A这个方向的连接并未关闭。
A收到来自B的报文段后进入FIN-WAIT-2状态，等待B的连续释放报文。
如果B已经没有数据向A发送了，其应用进程就会通知TCP释放连接。这时B发送连续确认报文段必须使FIN = 1，现在B的序号为w（在半关闭状态，B可能又发送了一段数据）B还必须重复已经发送过的确认号ack = u + 1。这时B进入了LAST-ACK状态，等待A的确认。
A在收到B的报文段后进行确认，其确认号为w + 1（TCP规定，FIN报文段需要消耗一个序号），其自己的序号为seq = u + 1。然后进入到TIME-WAIT状态。这时需要注意的是TCP连接还没有释放掉，必须经过时间等待计时器（TIME-WAIT timer）设置的2MSL（Maximum Segment Lifetime）,A才进入关闭状态。MSL叫做最大报文段寿命。
上述的TCP的释放过程我们称为四次握手。