3.1 概述和传输层服务

• 概述
  • 逻辑通信：不用考虑底层细节，主机间仿佛直接相连
    • 传输层为不同主机的进程间提供逻辑通信
    • 网络层为主机之间提供逻辑通信
  • 传输层概述
    • 传输层分组名：报文段segment
    • 传输层协议的实现地点：端系统
    • TCP/IP协议栈中有两种传输层协议：TCP和UDP
• 1. 传输层服务与网络层服务的关系
  • 受到限制
    • 网络层不能提供时延和吞吐量服务
    • 传输层也不能提供此服务
  • 增加服务
    • 网络层不能保证信息的机密性
    • 传输层可加密确保机密性
• 2.因特网运输层概述

  • IP网际协议

    • 尽力而为交付best-effort delivery service
      • 含义：做最大努力交付信息却不做任何确保
    • IP是不可靠服务

  • UDP和TCP最基本的责任：扩展交付服务，将端系统间扩展为端系统上进程之间。这种交付扩展被称为：运输层的多路复用和多路分解

  • TCP提供的几种服务

    可靠数据传输

    拥塞控制

3.2 多路复用与多路分解

• 概念
  • 多路复用：多个进程的消息汇聚在一起交给网络层
  • 多路分解：网络层的消息分向多个进程
    • 通过套接字完成
  • 端口号
    • 大小：16bit
    • 范围：0~65535
    • 周知端口号：0~1023
      • 留给如HTTP和FTP等应用层协议
  • 套接字占用两段内存空间，发送缓存和接收缓存，这两段缓存通过套接字变量名来标识
  • 多路复用的要求
    1. 套接字有唯一标识符
    2. 每个报文有能与套接字一一对应的字段
• 1.无连接的多路复用与多路分解（UDP）
  • UDP套接字的组成：二元组
    • 目的IP地址
    • 目的端口号
    • （无源IP地址）
    • （无源端口号）
  • 源端口号的作用：作为“返回地址”的一部分
• 2.面向连接的多路复用与多路分解（TCP）
  • TCP套接字的组成：四元组
    • 目的IP地址
    • 目的端口号
    • 源IP地址
    • 源端口号
  • 来自不同的主机的不同套接字可能源端口是相同的
• 3. Web 服务器与TCP
  • 套接字与进程之间并非总是一一对应的关系，如今可能是和线程一一对应

3.3 5UDP

• 概述
  • UDP对IP增加的功能
    • 多路复用/多路分解
    • （少量的）差错检验
  • 无连接：发送报文之前发送方与接收方没有握手
  • 使用UDP的好处
    • 更精确地控制数据发送内容和发送时间
    • 无需建立连接，无建立连接的时延
    • 无连接状态
      • 不用维护连接状态
      • 不用跟踪连接时的参数
    • 分组首部开销小
      • 避免时延
  • 可通过应用层建立可靠数据传输
    • 如谷歌Chrome的QUIC协议
• 1. UDP 报文段结构
  • 结构
    • 首部
      • 源端口号：用于多路分解
      • 目的端口号：用于多路分解
      • 长度：表明整个报文段长度
      • 检验和/校验和：检验是否出差错
    • 报文
  • 长度
    • 首部长度：8byte
    • 每个字段长度：2byte
• 2. 校验和/检验和
  • UDP校验和的实现
    • (理解内容）
  • 端到端原则：在与较高级别提供的功能的代价相比，在较低级别设置的功能可能是冗余或几乎没有价值的
  • UDP无法进行差错恢复
  • 数据出现差错，UDP的两种处理方式
    1. 丢弃该报文段
    2. 将差错报文段交给应用程序并给出警告

3.4 可靠数据传输的原理

• 1.完全可靠信道上的可靠数据传输:rdt1.0
• 2.具有比特差错信道上的可靠数据传输:rdt2.0
• 3.具有比特差错的丢包信道上的可靠数据传输:rdt3.0
• 4. 流水线可靠数据传输协议

3.5 TCP

• 1. TCP 连接
  • 特点
    • 全双工
    • 点对点
    • 逻辑连接：中间的网络元素不会维持连接状态
  • 过程
    • 先把数据放入发送缓存中
    • 从缓存中取出并放入报文段中的数据量受限于最大报文长度MSS
      • MSS通常由最大链路层帧长度决定
      • MSS的典型值为1460byte
        • 以太网和PPP链路层协议都有1500字节的MTU
        • TCP/IP首部长度40字节
      • 最大报文段长度MSS
        • Maximum Segment Size
        • 指报文段中应用数据的最大长度，而不是指包括首部的TCP报文段的最大长度
      • 最大传输单元MTU
        • Maximum Transmission Unit
        • 注MTU≠MSS，概念不同极易混淆
• 2 报文段结构
  • MSS限制了报文段数据字段的最大长度，因为当TCP发送一个大文件时，文件数据会被划分成若干个长为MSS的数据块
  • 结构（每排4字节）
    • 源端口号、目的端口号
    • 序号
    • 确认号
    • 首部长度字段（4比特）、标志字段、接收窗口字段（2字节）
    • 校验和、紧急数据指针
    • 选项（0~40字节）
    • 数据
  • 各字段的含义
    • 源端口号、目的端口号：用于多路分解、多路复用
    • 序号、确认号：用于实现可靠数据传输
    • 首部长度字段：表明TCP首部长度，以4字节为单位
      • 选项字段常为空，因此TCP通常为20字节
    • 标志字段
      • ACK：用于对接收报文段的确认
      • RST、SYN、FIN：用于连接的建立与拆除
      • PSH：置1时表明需立即交付上层（并没有被使用）
      • URG：紧急（并没有被使用）
    • 接收窗口：用于流量控制
    • 校验和：用于检验差错
    • 紧急数据指针：需立即通知上层（并没有被使用）
  • 字节流
    • TCP把数据看做一个无结构、有序的字节流
    • 序号是字节流的编号，而不是建立在报文段的序列之上
    • 确认号是期望对方主机发送的下一字节的序号
• 3. 往返时延的估计与超时
  • TCP估计发送方与接收方之间的往返是通过采集报文段的样本RTT实现的
• 4. 可信数据传输
• 5. 流量控制
• 6. TCP 连接管理

3.6 拥塞控制原理

• 1. 拥塞原因与开销
• 2. 拥塞控制方法

3.7 TCP 拥塞控制

• 1. 加性增、乘性减
• 2.慢启动
• 3.对超时事件作出反应