传输层 UDP TCP 小结
传输层概述
- 面向通信部分的最高层，用户功能中的最低层。传输层位于网络层之上，网络层提供主机间的逻辑通信，传输层为不同主机上的进程（端到端）提供逻辑通信。
- 复用（发送方不同的应用进程使用同一个传输层协议传输数据）；分用（接受方的传输层剥去报文后将数据交给正确的应用进程）
- 差错检测：首部和报文部分（网络层只检查IP数据报首部）。
- 提供两种不同的传输协议：面向连接的TCP（传输层向上提供全双工的可靠逻辑信道）；无连接的UDP（传输层向上提供一条不可靠的逻辑信道）
注意：路由器在转发分组时都只用到了下三层的功能。在通信子网中没有传输层，传输层只存在于通信子网外的主机中。
UDP:
在IP数据报服务之上加了两个最基本的服务：复用和分组、差错检测
UDP无需建立连接，不用维护连接状态，而且分组首部开销小；面向报文，对应用层的报文加首部就向下交给IP层，接受方UDP对IP交上来的数据包去首部交给上层应用。
TCP:
TCP提供全双工通信，允许双方在任何时候都能发送数据，TCP连接的两端都设有发送缓存（准备发送的数据、已发送但未收到确认的数据）和接收缓存（按序到达但未被接收应用程序读取，不按序到达的数据）
TCP 与 UDP 区别：
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TCP |
UDP |
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面向连接，提供全双工通信，信道可靠 |
无连接，信道不可靠，可靠性交由应用层负责 |
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TCP提供流量控制和拥塞控制 |
不提供流量控制和拥塞控制（UDP只是在IP数据报服务之上加了两个最基本的服务：复用和分组、差错检测） |
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首部最短20个字节，开销大 |
首部8个字节，开销小 |
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面向字节，每一个字节都会有一个编号 |
面向报文，报文不可分割（对于应用层交下来的报文，在添加首部后就向下交给IP层） |
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适用可靠性更重要的场所：HTTP,FTP |
适用于速度快，实时性高的场景：DNS、IP电话、实时视频会议 |
TCP连接管理——三次握手
第一步：客户机的TCP向服务器的TCP发送一个连接请求报文段，该报文段不含应用层数据，其首部SYN同步位 置为1，客户机还会随机选择一个起始序号seq=x。（并进入SYN_SEND状态）
第二步：服务器的TCP收到连接请求报文段后，若同意连接则想客户端发回确认，并为该TCP连接分配TCP缓存和变量。在确认报文段中确认位ACK和同步位SYN都被置为1，确认号字段为x+1，服务器随机产生起始序号seq=y，确认报文也同样不包含应用层数据。（服务器进入SYN_RECV状态）
第三步：客户机收到确认报文段后，还要向服务器给出确认，此时客户机也要为该连接分配缓存和变量，该报文段的确认位ACK位被置为1，序号字段为x+1，确认号字段为ack=y+1。（ESTABLISHED）
【不使用二次握手的原因：主机A发出的连接请求没有收到主机B的确认，于是经过一段时间后，主机A又重新向主机B发送连接请求，且建立成功，顺序完成数据传输。考虑这样一种特殊情况，主机A第一次发送的连接请求并没有丢失，而是因为网络节点导致延迟达到主机B，主机B以为是主机A又发起的新连接，于是主机B同意连接，并向主机A发回确认，但是此时主机A根本不会理会，主机B就一直在等待主机A发送数据，导致主机B的资源浪费。】
TCP连接管理——四次挥手
第一步：客户机打算关闭连接，发送连接释放报文段，并停止发送数据并主动关闭TCP连接，报文段中的终止位FIN=1，序号可定为u。
第二步：服务器收到连接释放报文段即发出确认，确认位ACK=1，确认号ack=u+1，报文段本身序号定为v。此时客户机到服务器这个方向就释放了，TCP连接处于半关闭状态，但服务器发送数据，客户机仍要接受。
第三步：当服务器已经没有要向客户机发送的数据时，就通知TCP释放连接，此时会发出终止位FIN=1的连接释放的报文段。ACK=1，seq=w,ack=u+1。
第四步：客户机收到连接释放报文段后，必须发回确认，在确认报文段中,确认位字段ACK=1，确认号ack=w+1,序号seq为u+1。此时连接还没有释放掉，必须经过两个2MSL（报文最大生存时间）后，A才进入到连接关闭状态。【原因：保证最后发送的ACK到达。见https://www.zhihu.com/question/36930631】
TCP可靠传输
校验（同UDP），序号，确认（累计确认），重传（超时重传，冗余ACK）
关于冗余ACK：TCP规定当发送方收到对同一个报文段的三个冗余ACK时，就可以认为跟在这个被确认报文段之后的报文段已经丢失。会进行快速重传。
TCP流量控制：
基于滑动窗口协议，接受方根据自己的缓存大小，动态调整发送方的发送窗口大小，这就是接受窗口（rwnd），同时发送方根据其对当前网络拥塞程度的估计而确定的窗口值，称为拥塞窗口（cwnd）。发送窗口的实际大小取cwnd,rwnd的最小值。
传输层的滑动窗口可以动态变化，数据链路层的滑动窗口大小不能动态变化。
TCP拥塞控制
1.慢开始和拥塞避免：
慢开始：每经过一个传输轮次（往返时延RTT），拥塞窗口会加倍，即呈指数形式增长，一直增大到一个规定的慢开始门限，则使用拥塞避免算法。
拥塞避免：拥塞窗口每经过一个往返时延RTT就增加一个MSS（最大报文段长度MSS），使拥塞窗口的大小按照线性规律缓慢增长，而当超时时，门限为当前拥塞窗口的一半。拥塞窗口重新设置为1.
2.快重传和快恢复
快重传：当发送方收到三个重复的ACK报文时（丢了包自然代表网络出现了拥塞），直接重传对方未收到的报文段。
快恢复：当发送端收到连续三个冗余ACK时，把慢开始门限设置为出现拥塞时拥塞窗口的一半，而拥塞窗口的值即为慢开始门限的数值。
在流量控制中，慢开始、拥塞避免、快恢复、快重传应该是同时应用到拥塞控制机制中，当发送方检测到超时就采用慢开始和拥塞避免，当发送方接受到冗余ACK时就采用快重传和快恢复。
