./運輸層運輸層之間的通信是進程與進程之間的,通過端口的運輸層協(xié)議概述1、從通信和信息處理的角度看,運輸層向它上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù),它屬于面向通信部分的最高層,同時也是用戶功能中的最低層.2、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分中的兩個主機使用網(wǎng)絡(luò)的核心部分的功能進行端到端的通信時,只有位于網(wǎng)絡(luò)邊緣部分的主機的協(xié)議棧才有運輸層,而網(wǎng)絡(luò)核心部分中的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時都只用到下三層的功能.3、兩個主機進行通信實際上就是兩個主機中的應(yīng)用進程互相通信.4、運輸層的一個很重要的功能就是復(fù)用和分用.通過端口實現(xiàn).5、網(wǎng)絡(luò)層為主機之間提供邏輯通信,運輸層為應(yīng)用進程之間提供端到端的邏輯通信6、當(dāng)運輸層采用面向連接的TCP協(xié)議時,盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的〔只提供盡最大努力服務(wù),但這種邏輯通信信道就相當(dāng)于一條全雙工的可靠信道.當(dāng)運輸層采用無連接的UDP協(xié)議時,這種邏輯通信信道是一條不可靠信道.7、兩個對等運輸實體在通信時傳送的數(shù)據(jù)單位叫作運輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDU8、UDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接.雖然UDP不提供可靠交付,但在某些情況下UDP是一種最有效的工作方式；TCP則提供面向連接的服務(wù).9、運輸層的UDP用戶數(shù)據(jù)報與網(wǎng)際層的IP數(shù)據(jù)報的區(qū)別：IP數(shù)據(jù)報要經(jīng)過互連網(wǎng)中許多路由器的存儲轉(zhuǎn)發(fā),但UDP用戶數(shù)據(jù)報是在運輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的.10、硬件端口與軟件端口的區(qū)別：在協(xié)議棧層間的抽象的協(xié)議端口是軟件端口.路由器或交換機上的端口是硬件端口.硬件端口是不同硬件設(shè)備進行交互的接口,而軟件端口是應(yīng)用層的各種協(xié)議進程與運輸實體進行層間交互的一種地址.11、端口用一個16位端口號進行標(biāo)志.12、端口號只具有本地意義,即端口號只是為了標(biāo)志本計算機應(yīng)用層中的各進程.在因特網(wǎng)中不同計算機的相同端口號是沒有聯(lián)系的.13、端口的分類：熟知端口和登記端口號合稱為服務(wù)器端使用的端口號熟知端口,數(shù)值一般為0~1023.登記端口號,數(shù)值為1024~49151,為沒有熟知端口號的應(yīng)用程序使用的.使用這個范圍的端口號必須在IANA登記,以防止重復(fù).客戶端口號或短暫端口號,數(shù)值為49152~65535,留給客戶進程選擇暫時使用.二、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP1、UDP只是在IP的數(shù)據(jù)報服務(wù)之上增加了端口的功能和差錯檢測的功能.2、UDP的主要特點UDP是無連接的,即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接.UDP使用盡最大努力交付,即不保證可靠交付,同時也不使用擁塞控制.UDP是面向報文的.UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信.UDP的首部開銷小,只有8個字節(jié).UDP沒有擁塞控制,很適合多媒體通信的要求3、發(fā)送方UDP對應(yīng)用程序交下來的報文,在添加首部后就向下交付IP層.UDP對應(yīng)用層交下來的報文,既不合并,也不拆分,而是保留這些報文的邊界.4、UDP的首部格式〔每個部分各兩個字節(jié)源端口〔不需要回送時可填0,目的端口,長度〔包括數(shù)據(jù)部分,最小為8字節(jié),檢驗和〔檢查用戶數(shù)據(jù)報是否有差錯5、IP數(shù)據(jù)報首部檢驗和與UDP數(shù)據(jù)報檢驗和的區(qū)別：IP數(shù)據(jù)報只檢驗首部,UDP則把首部和數(shù)據(jù)報部分一起檢驗了.6、偽首部與檢驗和：為了計算檢驗和在UDP首部之前再加入12字節(jié)的偽首部.偽首部不能向上遞交也不用向下傳送.接收方將UDP數(shù)據(jù)報與偽首部按二進制反碼求和,正確的結(jié)果應(yīng)為全0,否則丟棄這個數(shù)據(jù)報.7、偽首部包括源IP,目的IP,一個全0字節(jié),一個協(xié)議字段,2字節(jié)的UDP長度三、傳輸控制協(xié)議TCP1、TCP最主要的特點TCP是面向連接的運輸層協(xié)議.每一條TCP連接只能有兩個端點,每一條TCP連接只能是點對點的〔一對一.TCP提供可靠交付的服務(wù).TCP提供全雙工通信.面向字節(jié)流.2、TCP連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接.3、TCP連接的端點：不是主機,不是主機的IP地址,不是應(yīng)用進程,也不是運輸層的協(xié)議端口,而是套接字<socket>或插口,是端口號拼接到IP地址后面構(gòu)成的.套接字socket=<IP地址:端口號：80TCP連接::={socket1,socket2}={<IP1:port1>,<IP2:port2>}4、同一個IP地址可以有多個不同的TCP連接,而同一個端口號也可以出現(xiàn)在多個不同的TCP連接中.四、可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?、理想傳輸條件的兩個特點：傳輸信道不產(chǎn)生差錯,無論發(fā)送發(fā)以多快的速度發(fā)送,接送方總來的及接受數(shù)據(jù).在這種條件下不需要采取何種措施就可以實現(xiàn)可靠傳輸.2、停止等待協(xié)議：每發(fā)送完一個分組就停止發(fā)送,等待對方確認(rèn).確認(rèn)后再發(fā)下一個分組3、為了在出現(xiàn)差錯時能夠繼續(xù)通信：在發(fā)送完一個分組后,必須暫時保留已發(fā)送的分組的副本；分組和確認(rèn)分組都必須進行編號；超時重傳,超時計時器的重傳時間應(yīng)當(dāng)比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些.4、確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到5、使用確認(rèn)和重傳機制,我們就可以在不可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)可靠的通信.6、可靠傳輸協(xié)議又稱為自動重傳請求ARQ7、信道利用率：TD：分組發(fā)送時間；RTT：分組往返時間；TA：發(fā)送確認(rèn)分組所需的時間8、停止等待協(xié)議的優(yōu)點是簡單,但缺點是信道利用率太低.9、提高信道利用率的措施：采用流水線傳輸：發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個分組,不必每發(fā)完一個分組就停頓下來等待對方的確認(rèn)10、連續(xù)ARQ協(xié)議：TCP連接的每一端都必須設(shè)有兩個窗口——一個發(fā)送窗口和一個接收窗口.發(fā)送窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)可以連續(xù)發(fā)送出去,不需要等待對方的確認(rèn),接收方采用累積確認(rèn),對按序到達(dá)的最后一個分組確認(rèn),表示：到這個分組為止的所有分組都已正確收到了.發(fā)送方每接收到一個確認(rèn),就把發(fā)送窗口向前滑動一個分組單位.五、TCP報文段的首部格式1、源端口和目的端口字段——各占2字節(jié).端口是運輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口.運輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實現(xiàn).2、序號字段——占4字節(jié).TCP連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個字節(jié)都編上一個序號.序號字段的值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號.3、確認(rèn)號字段——占4字節(jié),是期望收到對方的下一個報文段的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號.4、數(shù)據(jù)偏移〔即首部長度——占4位,它指出TCP報文段的數(shù)據(jù)起始處距離TCP報文段的起始處有多遠(yuǎn),以四個字節(jié)為單位,其實就是首部長度,最大60字節(jié).5、確認(rèn)ACK——只有當(dāng)ACK1時確認(rèn)號字段才有效.6、復(fù)位RST<ReSeT>——當(dāng)RST1時,表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯〔如由于主機崩潰或其他原因,必須釋放連接,然后再重新建立運輸連接.7、同步SYN——同步SYN=1表示這是一個連接請求或連接接受報文8、終止FIN<FINis>——用來釋放一個連接.FIN1表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢,并要求釋放運輸連接.9、窗口字段——占2字節(jié),用來讓對方設(shè)置發(fā)送窗口的依據(jù),單位為字節(jié).10、檢驗和——占2字節(jié).檢驗和字段檢驗的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分.檢驗規(guī)則和UDP檢驗和一樣.11、緊急指針字段——占16位,指出在本報文段中緊急數(shù)據(jù)共有多少個字節(jié)12、MSS是TCP報文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度13、選項字段——長度可變.包括：窗口擴大選項——占3字節(jié),時間戳選項——占10字節(jié),其中最主要的字段時間戳值字段〔4字節(jié)和時間戳回送回答字段〔4字節(jié).用來計算往返時間,處理TCP序號超過2的32次方的情況,防止序號繞回,時間戳可以做個標(biāo)記選擇確認(rèn)選項14、填充字段,填0,這是為了使整個首部長度是4字節(jié)的整數(shù)倍.六、TCP可靠傳輸?shù)膶崿F(xiàn)1、TCP的滑動窗口以字節(jié)為單位2、窗口越大,發(fā)送方就可以在收到確認(rèn)之前發(fā)送更多的數(shù)據(jù),傳輸效率高,但是接收方必須來的及接收.窗口的分類：發(fā)送窗口,可用窗口,未確認(rèn)窗口A的發(fā)送窗口并不總是和B的接收窗口一樣大〔因為有一定的時間滯后.5、TCP要求接收方必須有累積確認(rèn)的功能,這樣可以減小傳輸開銷.6、緩存和窗口的關(guān)系：緩存一般大于窗口7、發(fā)送緩存與接收緩存的作用發(fā)送緩存用來暫時存放：發(fā)送應(yīng)用程序傳送給發(fā)送方TCP準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；TCP已發(fā)送出但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù).接收緩存用來暫時存放：按序到達(dá)的、但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)；不按序到達(dá)的數(shù)據(jù).8、超時重傳時間的選擇：RTORTTS+4RTTD平均往返時間新的RTTS<1><舊的RTTS><新的RTT樣本>01推薦=0.125RTT的偏差的加權(quán)平均值新的RTTD=<1><舊的RTTD>+RTTS新的RTT樣本推薦=0.259、如何判定一個確認(rèn)報文段是對原來的報文段1的確認(rèn),還是對重傳的報文段2的確認(rèn)？采用Karn算法:在計算平均往返時間RTT時,只要報文段重傳了,就不采用其往返時間樣本.修正的Karn算法:報文段每重傳一次,就把RTO增大一些：10、選擇確認(rèn)sack是解決：接收方收到了和前面的字節(jié)流不連續(xù)的兩個字節(jié)塊,怎樣讓發(fā)送方只發(fā)送沒有到達(dá)的數(shù)據(jù)段11、使用SACK時要將TCP首部中的SACK位置1,然后再選項字段填入未接受到的斷塊的邊界值,每個邊界值占4個字節(jié),確定一個斷塊要用兩個邊界值,所以選項字段最多只能指明4個字節(jié)塊的信息.另外還要一個選項指明是SACK選項,一個指明SACK占用的字節(jié)數(shù)七、TCP的流量控制：利用滑動窗口實現(xiàn)流量控制1、流量控制<flowcontrol>就是讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快,既要讓接收方來得及接收,也不要使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞.2、丟失報文導(dǎo)致互等死鎖的解決辦法：持續(xù)計時器TCP為每一個連接設(shè)有一個持續(xù)計時器.只要TCP連接的一方收到對方的零窗口通知,就啟動持續(xù)計時器.若持續(xù)計時器設(shè)置的時間到期,就發(fā)送一個零窗口探測報文段〔僅攜帶1字節(jié)的數(shù)據(jù),而對方就在確認(rèn)這個探測報文段時給出了現(xiàn)在的窗口值.若窗口仍然是零,則收到這個報文段的一方就重新設(shè)置持續(xù)計時器.若窗口不是零,則死鎖的僵局就可以打破了.3、發(fā)送方的發(fā)送窗口不能超過接收方給的接收窗口的數(shù)值,TCP窗口的單位是字節(jié).4、考慮到傳輸效率,要解決TCP報文段的發(fā)送時機的選擇:長度限制：第一種機制是TCP維持一個變量,它等于最大報文段長度MSS.只要緩存中存放的數(shù)據(jù)達(dá)到MSS字節(jié)時,就組裝成一個TCP報文段發(fā)送出去.自己要求：第二種機制是由發(fā)送方的應(yīng)用進程指明要求發(fā)送報文段,即TCP支持的推送<push>操作.時間限制：第三種機制是發(fā)送方的一個計時器期限到了,這時就把當(dāng)前已有的緩存數(shù)據(jù)裝入報文段〔但長度不能超過MSS發(fā)送出去.八、TCP的擁塞控制1、在某段時間,若對網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分,網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞——產(chǎn)生擁塞,即資源需求>可用資源2、擁塞控制與流量控制的關(guān)系：擁塞控制是一個全局性的過程,就是防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中,這樣可以使網(wǎng)絡(luò)中的路由器或鏈路不致過載.流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點對點通信量的控制.流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率,以便使接收端來得及接收.3、擁塞控制要解決好網(wǎng)絡(luò)吞吐量與負(fù)載的關(guān)系4、幾種擁塞控制方法：慢開始和擁塞避免,快重傳和快恢復(fù)5、發(fā)送方維持一個叫做擁塞窗口cwnd的狀態(tài)變量.擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度,并且動態(tài)地在變化.發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口等于或小于擁塞窗口.6、發(fā)送方控制擁塞窗口的原則是：只要網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞,擁塞窗口就再增大一些,發(fā)送更多的分組.但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞,擁塞窗口就減小一些,以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù).7、"擁塞避免"不能完全避免擁塞,只是說在擁塞避免階段把擁塞窗口控制為較多按線性規(guī)律增長,使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞.8、快重傳算法：快重傳算法首先要求接收方每收到一個失序的報文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn).這樣做可以讓發(fā)送方及早知道有報文段沒有到達(dá)接收方.發(fā)送方只要一連收到三個重復(fù)確認(rèn)就應(yīng)當(dāng)立即重傳對方尚未收到的報文段.9、快恢復(fù)算法：當(dāng)發(fā)送端收到連續(xù)三個重復(fù)的確認(rèn)時,就執(zhí)行"乘法減小"算法,把慢開始門限ssthresh減半,然后執(zhí)行加法增大.這是因為三個確認(rèn)報文能夠到達(dá)發(fā)送端,網(wǎng)絡(luò)很可能沒有擁塞10、發(fā)送窗口的上限值Min[rwnd,cwnd]接收方窗口rwnd和擁塞窗口cwnd九、TCP的運輸連接管理1、運輸連接就有三個階段,即：連接建立、數(shù)據(jù)傳送和連接釋放.2、TCP連接的建立都是采用客戶服務(wù)器方式.主動發(fā)起連接建立的應(yīng)用進程叫做客戶<client>.被動等待連接建立的應(yīng)用進程叫做服務(wù)器<server>.3、TCP用三次握手建立連接：A表示發(fā)送方,B表示接收方〔1A的TCP向B發(fā)出連接請求報文段,其首部中的同步位SYN=1,并選擇序號seq=x,表明傳送數(shù)據(jù)時的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號是x.〔2B