【浅谈计算机网络】04-TCP/UDP

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① 运输层概述

之前我们说过的物理层、数据链路层和网络层实现的都是主机和主机之间的通信。但是计算机中通信的真正实体是主机的进程，如何实现进程与进程之间的通信是运输层的任务，因此运输层又叫端到端的通信。

② 端口、分用与复用

1. 端口

运输层实现的是进程之间的逻辑通信，那我们就肯定需要某种方式来区分不同的进程。那可不可以使用PID呢？答案是不行的，因为不同OS其PID格式不同，必须使用统一的方法对计算机内的应用进程进行标识，TCP/IP体系结构使用端口号来区分不同的进程。

端口号使用16比特表示，0~65536
- 熟知端口号0~1023
- 登记端口号1024~49151
- 短暂端口号49152~65535

2. 发送方的复用及接收方的分用

简单来说，复用就是发送端的多个进程共同使用TCP/UDP协议发送数据，分用就是接收端的TCP/UDP协议根据目的端口号把收到的报文交付给目的进程。

举个例子：输入网址baidu.com发生了什么？

主机向DNS服务器发送应用报文，内容是“域名baidu.com的IP地址是什么”，源端口从短暂端口号选一个，目的端口选择53。

DNS服务器收到后，根据目的端口53知道它是要访问服务器的DNS转换进程，提取出报文信息后查表得知baidu.com的IP地址

DNS服务器向源主机发送响应报文“baidu服务器的IP地址是....”，源端口是53，目的端口是接收报文的源端口

主机收到应用报文后得到baidu.com的IP地址，发送应用报文，目的端口号为80，表示这是一个HTTP请求，访问百度服务器的HTTP进程

百度服务器响应

③ 用户数据报协议UDP

UDP十分简单，只在IP协议上添加了很少的内容：复用分用和差错检测

UDP是无连接的，发送数据之前不需要建立连接
UDP不提供可靠服务，尽最大努力交付。如果UDP检测出在收到的分组出错，它就丢弃这个分组，既不确认，也不通知发送端和要求重传。
UDP是面向报文的，对于应用层的报文仅添加UDP首部就交付给下一层，一次发送一个报文。接收端收到UDP报文后去除首部交付上层
UDP支持单播、广播和多播通信

1. UDP的报文格式

UDP的检验和字段不仅检验首部，还检验数据报文。原理和IP数据报的首部检验和类似，但是需要使用一个伪首部。

2. UDP的适用范围、

UDP适用于很多的实时应用，如IP电话、直播等，它们都允许丢失部分数据，但不允许有大量时延，UDP正好适合这种要求。

④ 传输控制协议TCP

1. TCP协议的特点

面向连接的传输层协议，这里的连接是“虚拟”的，逻辑上的连接。建立连接三次握手，断开连接四次挥手
TCP协议每次连接只能点对点，也就说仅支持单播通信
TCP提供可靠交付的服务，传输的数据无差错、不丢失、不重复并且按序到达
全双工通信，因为有缓存机制
面向字节流。TCP协议对于上层交付的数据看成一连串的字节流，发送时根据当前窗口值和网络拥塞状态对决定TCP报文的长度，也就是说会随意“分隔”应用层数据。而UDP报文的数据长度一定是上层的报文长度。

2. 流量控制

流量控制就是接收端来控制发送端的发送窗口大小，使发送端的发送速率不要太快，让接收方来得及接收

使用滑动窗口机制可以很简单的实现流量控制：

考研真题

3. 拥塞控制

在某段时间，若对网络中的某一资源的需求超过了该资源的可用部分，网络的整体性能就要变坏，这种情况就叫做拥塞。拥塞与流量控制不同，流量控制是接收方对发送对的控制，是点对点的控制。而拥塞控制是防止网络整体出现拥塞的控制，是主机自己对自己的控制。

TCP的拥塞控制方法：

下面讨论的算法就是基于一下两种情况：

数据是单向的、

发送端的发送窗口只由网络拥塞情况控制，即发送窗口=拥塞窗口cwnd

维护一个慢开始门限ssthresh，当拥塞窗口小于门限时使用慢开始算法，大于时使用拥塞避免算法来减少拥塞

慢开始：发送端的拥塞窗口从小到达递增，速度为指数级。慢开始指的是开始很慢，但是增长很快
拥塞控制：调整拥塞窗口大小为1，减低门限值，降低增长速率为线性级

这是第一版的TCP拥塞控制方案，但是有时个别网络会在网络中丢失但是实际上网络并没有拥塞，此时错误执行了拥塞控制算法，降低了传输效率。可以使用快重传-->快恢复来改进：
快重传：如果连续收到三个对同一报文的确认，就说明此使的报文的丢失不是因为网络拥塞，将报文段立即重传而不是等计时器超时重传，这样就不会执行拥塞避免算法
快恢复：快重传执行后执行快恢复，调整当前的门限值和窗口大小，随后执行拥塞避免