1、作用
计算机网络体系结构中的物理层、数据链路层和网络层，它们共同解决了将主机通过异构⽹络互联起来所⾯临的问题，实现了主机到主机的通信。
如何为运行在不同主机上的应用进程提供直接的逻辑通信服务，就是传输层的主要任务，传输层协议⼜称为端到端协议。
传输层提供了"端⼝"的概念，⽤来区分不同应⽤进程的标识符。
2、TCP/IP运输层中的两个重要协议
2.1、TCP
- 传输控制协议（TCP）为其上层提供的是⾯向连接的可靠的数据传输服务
- 使用TCP通信的双方，在传送数据之前必须首先建立TCP连接（逻辑连接，而⾮物理连接）。数据传输结束后必须要释放TCP连接
- TCP为了实现可靠传输，就必须使⽤很多措施，例如TCP连接管理、确认机制、超时重传、流量控制以及拥塞控制等
- TCP的实现复杂，TCP报文段的首部比较⼤，占用处理机资源比较多
2.2、UDP
- ⽤户数据报协议（UDP）为其上层提供的是⽆连接的不可靠的数据传输服务
- 使⽤UDP通信的双方，在传送数据之前不需要建立连接
- UDP不需要实现可靠传输，因此不需要使⽤实现可靠传输的各种机制
- UDP的实现简单，UDP⽤户数据报的首部比较小
2.3、传输层端口号
运行在计算机上的进程是使用**进程标识符（PID）**来标识的。
TCP/IP体系结构的运输层使用端口号来标识和区分应用层的不同应用进程，端口号的长度为16比特。
端口号的分类：分为两种
- 服务器端使用的端口号：熟知端口号和登记端口号
- 客户端使用的端口号：短暂端口号---仅在客户端使用，由客户进程在运行时动态选择，通信结束后回被系统收回，以便于给其他客户进程使用
TCP和UDP的端口号之间是没有关系的，他们是独立的。
2.4、TCP和UDP的对比
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| 连接性 | 单面向连接 | 无连接 |
| 传输速率 | 快 | 慢 |
| 资源消耗 | 大 | 小 |
| 应用场景 | 浏览器，文件传输，邮件发送 | 音视频通话、直播 |
| 应用层协议 | HTTP、HTTPS 、FTP、SMTP、DNS | DNS |
3、TCP可靠传输
3.1、停止等待ARQ协议
ARQ--->自动重传请求
3.2、连续ARQ协议+滑动窗口协议
滑动窗口是流量控制机制，连续 ARQ 是差错恢复机制，二者绑定使用，用来解决发太快收不下 和传错 / 丢包 问题。
3.3、选择性确认（SACK）
SACK 就是 TCP 的选择性确认 ，让接收方告诉发送方：我收到了哪些不连续的块，你只重传缺口就行，别瞎重传后面已经到了的包。
优点：
- 只重传真正丢失的段，减少无效重传，节省带宽
- 高丢包、长距离链路（如 4G/5G、跨境）吞吐明显提升
- 不破坏原有累积 ACK
4、TCP流量控制
流量控制（Flow Control）机制：以解决因发送方发送数据太快而导致接收方来不及接收，造成接收方的接收缓存溢出的问题。
流量控制的基本方法：接收方根据自己的接收能力（接收缓存的可用空间大小），控制发送方的放松速率。
- 通过确认报文中窗口字段来控制发送方的发送速率
- 发送方的发送窗口大小不能超过接收方给出的窗口大小
- 当发送方收到接收方窗口为0时，停止发送数据
5、TCP拥塞控制
拥塞 ：在某一段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能就要变坏。计算机网络中的链路容量（带宽）、交换节点中的缓存和处理机等都是网络的资源。
- 拥塞控制是一个全局性的过程
- 流量控制是点对点通信的控制
5.1、拥塞控制的常用算法
慢开始：指数增，试探网络，到门限转拥塞避免
拥塞避免：传线性增，平稳运行
快速重传：3 个重复 ACK 就重传，不等超时
快速恢复：丢包后门限减半，拥塞窗口等于新门限，直接进拥塞避免
cwnd：拥塞窗口、rwnd：接收窗口、swnd：发送窗口
6、TCP建立连接和释放连接
6.1、三次握手
核心目的 ：双方确认自身、对方收发能力都正常，协商初始序列号，同步连接信息，防止失效旧连接报文混入新连接。
流程（分步讲解）
- 第一次握手：客户端 → 服务端
客户端主动发起连接，报文：SYN=1，携带客户端初始序号 seq=x
含义：我想和你建立连接，这是我的初始序号
客户端进入 SYN_SENT 状态。 - 第二次握手：服务端 → 客户端
服务端收到请求，回复报文：SYN=1，ACK=1
确认号 ack = x+1（收到客户端序号 x，确认收到）
携带服务端初始序号 seq=y
含义：我收到你的请求，同意建连；这是我的初始序号
服务端进入 SYN_RCVD 状态。 - 第三次握手：客户端 → 服务端
客户端收到回复，发送报文：ACK=1，ack = y+1，seq=x+1
含义：我收到你的确认，连接正式就绪
客户端收到后 → 进入 ESTABLISHED（已连接）
服务端收到该报文后 → 也进入 ESTABLISHED
至此，双向连接建立完成，开始传输数据。
6.2、四次握手
TCP 全双工，一方关闭发送通道，不代表另一方也要立刻关闭，因此需要四次交互。
场景：客户端主动关闭连接。
流程
- 第一次挥手：客户端 → 服务端
客户端数据发完，请求断连：FIN=1，seq=u
含义：我不再发数据了，请求关闭我方发送通道
客户端进入 FIN_WAIT_1。 - 第二次挥手：服务端 → 客户端
服务端回复确认：ACK=1，ack=u+1，seq=v
含义：收到你的关闭请求
此时状态：客户端发通道关闭，收通道仍可用；服务端可继续向客户端发剩余数据，客户端进入 FIN_WAIT_2；服务端进入 CLOSE_WAIT
重点：这一步只确认关闭请求，服务端不会立刻发 FIN，因为可能还有数据要传。 - 第三次挥手：服务端 → 客户端
服务端所有数据发送完毕，主动请求关闭自己的发送通道：
FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1
含义：我数据也发完了，现在请求关闭连接
服务端进入 LAST_ACK。 - 第四次挥手：客户端 → 服务端
客户端回复确认：ACK=1，ack=w+1，seq=u+1
含义：收到，连接可以彻底关闭
客户端发送后，进入 TIME_WAIT（关键状态，等待 2MSL）
服务端收到 ACK → 立即进入 CLOSED，断开连接
客户端等待 2MSL 时长，确保服务端收到最后一个 ACK、网络残留报文全部消散，再进入 CLOSED