运输层协议
- 运输层的复用与常见端口
-
- UDP协议
-
- TCP协议
- 特点
- socket套接字
- 可靠传输工作原理
- TCP帧首部
-
- TCP可靠传输
- 以字节为单位的滑动窗口
- 选择超时重传时间
- 选择确认SACK（未经常使用P227）
- TCP流量控制
- TCP拥塞控制
- TCP拥塞控制办法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复
- 慢开始与拥塞避免
- 快重传与快恢复
- TCP连接建立与断开：
- TCP连接建立
- 2次握手为什么不行
- TCP连接释放
- 为什么要等待两个MSL
- TCP有限状态机
运输层向上面的应用层提供通信服务，为两个主机进程间提供端到端的逻辑通信。
运输层的复用与常见端口
- 运输层的复用/分用技术靠端口号实现；
- 运输层向下屏蔽了网络层的核心；
- TCP：逻辑信道相当于一条全双工可靠信道；
- UDP：相当于一跳不可靠信道；
常用端口
FTP TCP 21 文件传输
SSH TCP 22 加密传输
TELNET TCP 23 远程终端接入
SMTP TCP 25 邮件
HTTP TCP 80 超文本传输
HTTPS TCP 443
====================================
DNS UDP 53 名字转换
RIP UDP 520 路由选择
DHCP UDP 67 IP地址配置
IGMP UDP ？ 多播
TFTP UDP 69 简单文件传输
……
端口号分类：
- 服务器使用的端口号：
- 系统端口号： 0 ~ 3FF
- 登记端口号： 400 ~ BFFF
- 客户端使用的端口号： C000 ~ FFFF
UDP协议
特点
- 无连接的
- 尽最大努力交付
- 面向报文的
- 无拥塞控制（允许丢失一些数据，但不允许数据有大的延迟）
- 一对一、多对多交互通信
- 首部开销小（8字节）
UDP帧格式
伪首部 源IP地址4B 目的IP地址4B 1B 类型1B UDP长度2B
0 17
首部 源端口 目的端口 长度 校验和
2 2 2 2B
UDP校验和计算需要加上伪首部，类似IP的计算方式（16bit求和取反）
TCP协议
特点
- 面向连接的运输层协议
- 端到端的通信
- 可靠的通信
- 全双工的通信
- 面向字节流的（将程序交付下来的数据看成无结构的字节流）
socket套接字
TCP把连接作为最基本的抽象。
TCP连接的端点叫做套接字（IP地址：端口号）
可靠传输工作原理
理想传输特点：
- 信道不产生差错；
- 无论发送方速率多快，接收方总是来得及接收；
可靠传输流程：
- 停止等待协议
- 无差错ARQ协议：对最后一个到的分组发送确认
- 124到，发2的确认；
- 5到，发2的确认；
- 2、7到，发5的确认；
- 每到一个，必须发确认。
需要注意情况（无差错）：
- 暂存已发送分组副本至收到确认信号；
- 发送分组、确认分组都必须编号；
- 重传时间比RTT时间要稍微长一些；
TCP帧首部
TCP检验和也要添加伪首部
重要字段
- 序号（seq）：发送每一个字节都要编号；
- 假如本次发送了100有效字节，下一次发送编号+100；
- 确认号（ack）：期望对方下一个报文段的第一个数据字节的序号；
- 紧急URG：若为1则紧急字段有效；
- 确认ACK：ACK=1时确认字段有效；
- 同步SYN：SYN=1，ACK=0时表示请求连接的报文；
- 终止FIN：FIN=1表示终止请求；
- 校验和：同UDP；
- 时间戳：计算RTT等
TCP可靠传输
以字节为单位的滑动窗口
依次发送窗口内的数据，收到回复确认后移动窗口、修改窗口大小；超时后重新发送需要发送的字节
选择超时重传时间
R
T
O
=
R
T
T
S
+
4
⋅
R
T
T
D
RTO = RTT_S + 4{\cdot}RTT_D
RTO=RTTS+4⋅RTTD
n
e
w
R
T
T
S
=
(
1
−
α
)
⋅
o
l
d
R
T
T
S
+
α
⋅
R
T
T
，
α
=
1
8
newRTT_S = (1-\alpha) \cdot old RTT_S + \alpha\cdot RTT，\alpha = \frac{1}{8}
newRTTS=(1−α)⋅oldRTTS+α⋅RTT，α=81
n
e
w
R
T
T
D
=
(
1
−
β
)
⋅
o
l
d
R
T
T
D
+
β
⋅
∣
R
T
T
S
−
R
T
T
∣
，
β
=
1
4
newRTT_D = (1-\beta) \cdot old RTT_D + \beta\cdot |RTT_S - RTT|，\beta = \frac{1}{4}
newRTTD=(1−β)⋅oldRTTD+β⋅∣RTTS−RTT∣，β=41
- 第一次测量时，
R
T
T
D
RTT_D
RTTD取测量到的RTT样本的一半；
- 重传报文不计算RTT；
- 每次重传RTO应适度增大；
选择确认SACK（未经常使用P227）
TCP流量控制
让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接受；
- 接收方来不及处理数据时，可以先将窗口设置为0，等缓存空间空闲大于一半时，再通知对方。
TCP拥塞控制
拥塞：网络中对资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分。
拥塞控制：防止过多的数据注入到路网络中，使路由器或链路不至于过载
- 流量控制时端到端的问题；
- 拥塞控制是全局性的问题；
- 拥塞控制用一些信息通知端，网络出现麻烦，需要降低放松速率；
TCP拥塞控制办法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复
指数上升，线性增长，乘法减小，快速恢复；
AIMD：加法增大乘法减小
拥塞控制效果图：
拥塞控制关键词：
- cwnd：拥塞窗口，计算单位；
- SMSS：发送方最大报文段，计算cwnd的字节数；
- ssthresh：慢开始门限；
慢开始与拥塞避免
- 先发送1个cwnd的数据；
- 接收到确认报文段后，每个传输轮次，cwnd数量指数增长；
- 当cwnd > ssthresh时，进入拥塞避免阶段；
- 拥塞避免阶段，每个传输轮次，cwnd + 1；
出现超时：
- ssthesh变为原先一半；
- cwnd从1重新指数增长；
快重传与快恢复
接收方对失序的报文段必须立即回复，连续三次重复确认回复，发送方重新发送。
此时发送的拥塞创空与慢开始门限如下：
- ssthesh：变为之前一半（误认为超时之前）；
- cwnd：变为与ssthesh一样，直接进入线性增长阶段。
eg：
- A发送123456；
- B收到13，回复2；
- 收到4,5,6分别回复2,2,2；
- A收到连续三次回复2，立刻重新发送2，并跳过慢开始阶段，直接进入拥塞避免阶段。
TCP连接建立与断开：
连接建立、数据传送、连接释放：
TCP连接建立
注意：
- 1、2次握手，不能携带数据，必须消耗序号seq；
- 3次握手，可以携带数据，不带数据不消耗序号seq；
2次握手为什么不行
- 若第二次握手消息包丢失，则服务器进入无限等待客户机数据状态；
- 若第一次握手的请求包延迟（多发了一个，前一个延迟到达，到达时前一次传输已经结束），服务器回复同意连接，陷入无限等待数据阶段。
TCP连接释放
- FIN不携带数据也需要消耗一个序列
- 客户机（最先发送释放连接请求的），最后需要等待两个MSL（最长报文段寿命）
为什么要等待两个MSL
- 保证最后的ACK报文段能够到达服务器（可能因网络问题被丢弃）
- 保证网络中所有连接请求报文段都已失效。
保活计时器
TCP有限状态机
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