第三章 運輸層

3.1 概述和運輸層服務

• 提供在不同主機上運行的app進程之間的邏輯通信
• 傳輸協(xié)議在終端系統(tǒng)中運行
  –發(fā)送方：將應用消息分成報文段，傳遞給網絡層
  –rcv 方：將片段重新組合成消息，傳遞到app層
• 應用程序可使用多種傳輸協(xié)議
  –Internet：TCP和UDP

3.1.1 運輸層和網絡層的關系

• 網絡層：主機之間的邏輯通信
• 傳輸層：進程之間的邏輯通信（依賴，增強，網絡層服務）

3.1.2 因特網運輸層概述

• 可靠，有序交付（TCP）：擁堵控制、流量控制、連接設置
• 不可靠，無序交付（UDP）：“best-effort”IP的簡潔擴展
• 服務不詳（available）：延遲保證、帶寬保證

3.2 多路復用和多路分解

• 多路分解的定義：將運輸層報文段中的數(shù)據交付到正確的套接字的工作
• 多路復用的定義：在源主機從不同套接字中收集數(shù)據塊，并為每個數(shù)據塊封裝上首部信息從而生成報文段，然后將報文段傳遞到網絡層
• 多路分解如何工作？
  –主機接收IP數(shù)據報
  A）每個數(shù)據報都有源IP地址，目的IP地址
  B）每個數(shù)據報攜帶1個傳輸層段
  C）每個段都有源，目標端口號
  –主機使用IP地址和端口號將段定向到適當?shù)奶捉幼?br />
• 無連接的多路復用和多路分解
• 面向連接的多路復用和多路分解

3.3 無連接運輸：UDP

• 優(yōu)點
  –關于何時、發(fā)送什么數(shù)據的應用層控制更為精細
  –無需連接建立
  –無連接狀態(tài)
  –分組首部開銷小
• 用途：流媒體，SNMP，RIP，DNS

3.3.1 UDP報文結構

3.3.2 UDP檢驗和

3.4 可靠數(shù)據傳輸原理

3.4.1 構造可靠數(shù)據傳輸協(xié)議

• 經完全可靠信道的可靠數(shù)據傳輸：rdt 1.0
• 經具有比特差錯信道的可靠數(shù)據傳輸：rdt 2.0
  –使用肯定確認與否定確認的可靠數(shù)據傳輸協(xié)議稱為自動重傳請求（ARQ），需要以下三種協(xié)議功能來處理比特差錯的情況：差錯檢測（error detection）、接收方反饋（receiver feedback）、重傳（re-transmission）
  –缺陷：如果一個ACK或NAK分組受損，發(fā)送方無法知道接收方是否正確接受了上一塊發(fā)送的數(shù)據
  –rdt 2.1：使用了從接收方到發(fā)送方的肯定確認和否定確認
  –rdt 2.2：接收方必須包括由一個ACK報文所確認的分組序號，發(fā)送方必須檢查接收到的ACK報文中被缺的分組序號
• 經具有比特差錯的丟包信道的可靠數(shù)據傳輸：rdt 3.0
  –特點：定時重傳
  –被稱為比特交換協(xié)議（因為分組號在0和1之間交替）

3.4.2 流水線可靠數(shù)據傳輸協(xié)議

• 解決流水線的差錯恢復的方法：回退N步（GBN），選擇重傳（SR）

3.4.3 回退N步

• 特點：允許發(fā)送方發(fā)送多個分組而不需等待確認，但它也受限于在流水線中未確認的分組數(shù)不能超過某個最大允許數(shù)N。當分組丟失時，會丟棄當前分組之后的分組
• 優(yōu)點：接受緩存簡單，不需要緩存任何失序分組；避免了停等協(xié)議中所提到的信道利用率問題
• 缺點：單個分組的差錯會引起大量分組重傳
  

3.4.4 選擇重傳

• 特點：通過讓發(fā)送方僅重傳那些它懷疑在接收方出錯的分組而避免了不必要的重傳
• 注：窗口長度必須小于或等于序號空間大小的一半
  

3.5 面向連接的傳輸：TCP

3.5.1 TCP連接

• 基本概念
  
  –點到點（point-to-point）：在單個發(fā)送方與單個接收方之間的連接
  –全雙工服務（full-duplex service）：不同主機上的AB進程之間存在TCP連接，則應用層的數(shù)據可從A流向B，反之亦然
  –三次握手：客戶發(fā)送一段特殊的TCP報文段，服務器以另一個特殊的TCP報文段來響應，最后客戶再用第三個特殊報文段作為響應（前兩個報文段不包含應用層數(shù)據，第三個可包含）
  –最大報文段長度（Maximum Segment Size）：TCP可從緩存中取出并放入報文段中的數(shù)據量受限于MSS
  –TCP連接的組成包括：一臺主機上的緩存、變量和與進程連接的套接字，以及另一臺主機的這三樣東西

3.5.2 TCP報文段結構

–序號（sequence number）：報文段首字節(jié)的字節(jié)流編號
–確認號（acknowledgement number）：期望從對方主機收到的下一字節(jié)的序號

3.5.3 往返時間的估計與超時

• 基本概念
  –TCP采用超時/重傳機制來處理報文段的丟失
• 估計往返時間
  –SampleRTT：大多數(shù)的TCP實現(xiàn)僅僅在某一時刻為一個已發(fā)送但尚未確認的報文段做一次RTT采樣，得到一個SampleRTT
  –EstimatedRTT：TCP維持一個EstimatedRTT，一旦獲得一個新SampleRTT時，則根據下式來更新EstimatedRTT：
  EstimatedRTT = （1-a）* EstimatedRTT + a * SampleRTT（其中a通常取值為0.125）
  –RTT偏差DevRTT，用于估算SampleRTT一般會偏離EstimatedRTT的程度：
  DevRTT = (1-B)DevRTT + B|SampleRTT - EstimatedRTT|（其中B通常取值為0.25）
• 設置和管理重傳超時間隔
  –RTO = EstimatedRTT + 4 * DevRTT（推薦的初始TimeoutInterval）

3.5.4 可靠數(shù)據傳輸

• 超時間隔加倍：TCP重傳具有最小序號的還未被確認的報文段，每次重傳是都會將下一次的超時間隔設為先前值的兩倍
• 快速重傳：一旦收到3個冗余ACK，TCP就執(zhí)行快速重傳，即在該報文段的定時器過期之前重傳丟失的報文段

3.5.5 流量控制

3.5.6 TCP連接管理

• 三次握手和四次揮手（見鏈接，解釋的很清楚）

3.6 擁塞（Congestion）控制原理

• 什么是擁塞控制
  –防止發(fā)送方發(fā)的太快，使得網絡來不及處理，從而導致網絡擁塞
• 擁塞原因與代價
  –情況1：兩個發(fā)送方和一臺具有無窮大緩存的路由器
  –情況2：兩個發(fā)送方和一臺具有有限緩存的路由器
  –情況3：四個發(fā)送方和具有有限緩存的多臺路由器及多跳路徑
• 擁塞控制的方法
  –端到端擁塞控制：沒有來自網絡的明確反饋；從終端系統(tǒng)觀察到的損失，延遲推斷出擁塞；TCP采取的方法
  –網絡輔助的擁塞控制：路由器向終端系統(tǒng)提供反饋（一位表示擁塞【SNA，DECnet，TCP / IP ECN，ATM】；明確的擁塞通知）

3.7 TCP擁塞控制

• 采取的方法：端到端的擁塞控制，讓每個發(fā)送方根據所感知到的網絡擁塞程度來限制其能向連接發(fā)送流量的速率
  
• TCP擁塞控制算法
  –慢啟動
  
• 何時停止指數(shù)增長？
  A）存在一個由超時指示的丟包時間，TCP發(fā)送方將cwnd設置為1并重新開始慢啟動過程，同時將ssthresh（慢啟動閾值）設置為cwnd/2
  B）當cwdn的值等于ssthresh時，結束慢啟動并且TCP轉移到擁塞避免模式
  C）如果檢測到三個冗余ACK，這時TCP執(zhí)行一種快速重傳并進入快速回復狀態(tài)
  –擁塞避免：每個RTT只將cwnd的值增加一個MSS
• 何時停止線性增長？
  A）存在一個由超時指示的丟包時間，TCP發(fā)送方將cwnd設置為1并重新開始慢啟動過程，同時將ssthresh（慢啟動閾值）設置為cwnd/2
  B）如果檢測到三個冗余ACK，網絡繼續(xù)從發(fā)送方向接收方交付文段
  –快速恢復：對于引起TCP進入快速恢復狀態(tài)的缺失報文段，對收到的每個冗余的ACK，cwnd的值增加一個MSS。最終，當對丟失報文段的一個ACK到達時，TCP在降低cwnd后進入擁塞避免狀態(tài)；如果出現(xiàn)丟包，反應和慢啟動一樣

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络总结：第三章 运输层的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。