计算机网络理论：5.传输层

第五章传输层

§5-1 传输层提供的服务

一. 传输层概述

1. 端口

(1).端口的作用

通过"端口号"标识本主机的一个特定进程。
注意： 每台主机的端口号是相互独立的。
注意： TCP、UDP 两种协议的端口号是相互独立的。
Socket 套接字： TCP或UDP协议，通过 Socket 套接字 = {IP地址 : 端口号}，唯一标识网络中的一台主机上的一个应用进程。

(2).端口号的分类

①. 服务器使用的端口号

熟知端口号 (0~1023)： 通常只能用于被熟知的重要应用程序。
登记端口号 (1024~49151)。

②. 客户端使用的端口号

短暂端口号 (49152~65535)。

2. 传输层功能

实现端到端（进程到进程）的通信。

(1).复用和分用

①. 复用 (从上到下)

在发送数据的时候，同一台主机上的多个进程可以使用同一个传输层协议。

②. 分用 (从下到上)

在接收数据的时候，传输层可以把数据正确交付到目的进程。

(2).差错检测

TCP: 检测出差错后丢弃数据，并通知发送方重传。
UDP: 检测出错误后直接丢弃数据，且不通知发送方。

(3).向应用层提供两种服务

面向连接的、可靠的端到端传输服务 (TCP)

确保数据正确/完整，但开销大、实时性较差。
无连接的、不可靠的端到端传输服务 (UDP)

数据可能出错/丢失，但速度快、开销小。

§5-2 UDP

一.UDP数据报

二.UDP检验

1. 发送方的传输层

2. 接收方的传输层

§5-3 TCP

一.TCP报文段

二.TCP协议的三大阶段

建立连接 (三次握手)
数据传输
释放连接 (四次挥手)

每次建立TCP连接，可以传输多个报文（双向）TCP是面向字节流的（而UDP是面向报文的）。
无论传输多少个报文，在TCP协议看来都是一连串字节流

数据偏移是TCP首部的长度

三.TCP检验

原理与UDP雷同，计算检验和之前也需要添加12B伪首部（只需将UDP伪首部的协议字段的17改成6，UDP长度字段改成TCP长度）

建立TCP连接时，在握手①、握手②选项中协商MSS（Maximum Segment Size，最大段长）
MSS的值表示在接下来的数据传输中，一个TCP报文段最多携带多少数据（首部不算在内）
通常MSS不会设置太大，以免在IP层被分片

四.TCP连接管理

1. 建立连接（三次握手）

握手①②不能携带数据，握手③可以携带数据;
握手①②固定消耗1个序号;
握手③如果不携带数据就不消耗序号;

建立连接阶段耗时分析

从发出握手①，到客户端进程可以发送数据，至少需要多久？------1RTT(往返时延)
从发出握手①，到服务器进程可以发送数据，至少需要多久？------1.5RTT(往返时延)

2. 释放连接（四次挥手）

挥手①、挥手③即使不携带数据，也要消耗一个序号
挥手①、②、③可以携带数据挥手④不可以携带数据

释放连接阶段耗时分析

补充1：客户进程收到挥手③后，立即进入TIME-WAIT状态，并启动"TIME-WAIT计时器"，倒计时2MSL后才能进入CLOSE状态。(如果等待期间重复收到挥手③，就重置计时器)

补充2：MSL（MaximumSegment Lifetime，最长报文段寿命），是由TCP协议规定的一个固定时间长度。

补充3：如果服务器进程收到挥手①时，已经没有待传送数据，那么可以连续发出挥手②、挥手③

从客户发出挥手①，到客户进程进入CLOSE状态，至少需要多久？ ------1RTT+2MSL

从客户发出挥手①，到服务器进程进程进入CLOSE状态，至少需要多久？一一1.5RTT

五.TCP可靠传输&流量控制

TCP传输的底层原理

捎带确认

(即使缓冲区没有满，只有有序，也可以交给应用层)

重点体会：超时重传机制

发出的报文段丢失

返回的ACK段丢失

快重传机制、立即确认机制

(右图有问题，第一个ACK不能算作冗余ACK，需要再来一个ACK才会立即重传)