计算机网络第5章运输层知识小结

骑猪看日落 2022-05-22 05:04 261阅读 0赞

## 1. 复用和分用 ##

![这里写图片描述][70]

## 2. 运输层端口 ##

*  定义:  
    运输层服务访问点 TSAP，用来标志应用层的进程
 *  作用:  
    用`统一的方法`对 TCP/IP 体系的应用进程进行标志,使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信
 *  端口号  
    16位,如FTP用21，TELNET用23，SMTP用25，DNS用53，HTTP用80，SNMP用161
 *  分类  
    分类原因:保证通信准确、高效，避免冲突

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>类别</th> 
   <th>端口范围</th> 
   <th>解释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>熟知端口</td> 
   <td>0~1023</td> 
   <td>一般固定分配给一些服务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>注册端口</td> 
   <td>1024~49151</td> 
   <td>为没有熟知端口号的应用程序使用。使用这个范围的端口号必须在IANA 登记，以防止重复。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>动态端口</td> 
   <td>49152~65535</td> 
   <td>留给客户进程选择暂时使用。通常由传输层协议自动赋予客户</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 3. UDP(用户数据报协议,User Datagram Protocol) ##

*  特点  
    
    
     *  `非可靠传输,无连接`
     *  支持一对一,一对多,多对一,多对多通信
     *  `面向报文`,适合多媒体通信
     *  一次发送或交付一个`完整`的报文
 *  首部  
    
    
     *  长度:8字节
     *  组成:16位源端口号+16位目的端口号+16位UDP长度(`含首部长度,不仅仅指数据部分`)+16位UDP检查和(端口号+端口号+长度+检查和)
 *  例子  
    一个UDP用户数据报的首部的16进制表示是:06 32 00 45 00 1C E2 17.则?  
    源端口号为6∗162\+3∗16\+2=1586  6 ∗ 16 2 + 3 ∗ 16 + 2 = 1586 ,目的端口号为4∗16\+5=69  4 ∗ 16 + 5 = 69 ,用户数据报总长度为1∗16\+12=28  1 ∗ 16 + 12 = 28 字节,数据部分长度为28−8=20  28 − 8 = 20 字节,因为熟知端口69是目的端口,故应是从客户端发送给服务器,服务器程序是TFTP
 *  伪首部作用  
    计算检验和

## 4. TCP(传输控制协议,Transmission Control Protocol) ##

*  特点:  
    
    
     *  `可靠交付,面向连接`  
        使用确认机制来检查数据是否安全和完整的到达
     *  `全双工`  
        数据可在同一时间双向流动，而广播和多播不能用于TCP
     *  `点对点`(一对一)
     *  `面向字节流`(“流”(stream)指的是流入或流出进程的字节序列):  
        虽然应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块，但 TCP 把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串无结构的字节流  
        从这个`流中提取适当的长度来创建报文段的分组`，然后将它们发送到网络上  
        接收TCP则接收报文段，从中提取数据，若没有按序到达还要将它们`排序，并将它们作为字节流交付`给应用程序
 *  注意:  
    
    
     *  TCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接\\
     *  TCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度，来决定一个报文段应包含多少个字节（UDP 发送的报文长度是应用进程给出的,每次都是一个完整报文）
 *  TCP报文段的首部  
    长度:`固定首部为20字节`,还有长度可变的选项和填充

## 5. TCP的数据编号与确认 ##

TCP可靠的传输是由于使用了序号和确认  
TCP协议是**面向字节**的。TCP将所要传送的整个报文看成是一个个字节组成的数据流，并使`每一个字节对应于一个序号`。  
步骤:

1.  在连接建立时，双方要`商定初始序号`
2.  发送端  
    TCP每次发送的报文段的首部中的序号字段—-报文段中的数据部分的`第一个字节的序号`
3.  接收端  
    接收端返回的确认序号是`已收到的数据的最高序号加1`。也就是说，确认序号—-接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。  
    例子:  
    主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段,其序号分别是70和100,则?  
    第一个报文段携带了 30 字节的数据  
    主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应该是 100 .  
    如果B收到第2个报文段后发回的确认中的确认号是180,则A发送的第2个报文段中的数据有 80 个字节  
    如果A发送的第一个报文段丢失了,但第二个报文段到达了B,B在第二个报文段到达后向A发送确认,则确认号应为 70

## 6. TCP的拥塞控制算法 ##

**慢开始门限状态变量**`ssthresh`:

*  当 cwnd < ssthresh 时，使用慢开始算法。
 *  当 cwnd > ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。
 *  当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法。

### 慢开始算法 ###

`逐步增大`发送端的拥塞窗口 cwnd，可以使分组注入到网络的速率更加合理  
1. 在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口 cwnd = 1，即设置为一个最大报文段 MSS 的数值  
2. 在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口加 1，即增加一个 MSS 的数值  
注意:是每收到一个队新报文段的确认就对拥塞窗口加1的结果就是 :`经过一个传输轮次，拥塞窗口 cwnd 就加倍`,两者是因果关系,并不矛盾

### 拥塞避免 ###

目的就是要**迅速减少主机发送到网络中的分组数**，使得发生拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕

1.  让拥塞窗口 cwnd 缓慢地增大，即每经过一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口 cwnd `加 1，而不是加倍`，使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长
2.  只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有按时收到确认），就要把**慢开始门限 ssthresh** 设置为出现拥塞时的发送方窗口值的`一半`（但不能小于2）
3.  然后把拥塞窗口`cwnd 重新设置为 1`，执行慢开始算法

### 快重传 ###

*  接收方:  
    每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认
 *  发送方:  
    只要一连收到三个重复确认，就应当立即重传对方尚未收到的报文段
 *  目的:  
    让发送方及早知道有报文段没有到达接收方,**可更早地重传丢失的报文段**

### 快恢复 ###

1.  当发送端收到连续三个重复的确认时，就执行`“乘法减小”`算法，把慢开始门限 ssthresh 减半。但接下去`不执行慢开始算法`
2.  拥塞窗口`cwnd 现在不设置为 1，而是设置为慢开始门限 ssthresh 减半`后的数值，然后开始执行`拥塞避免算法`（“加法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大

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