计网复习知识（16）传输层及其协议功能
目录
考研大纲
1.传输层概述
端口号
有连接/无连接传输
可靠/不可靠传输
2.UDP协议
2.1 udp数据报
2.2 udp检验
3.TCP协议
3.1 TCP协议的框架梳理
3.2 TCP报文段****
3.3 三次握手与四次挥手
三次握手
四次挥手
3.4 可靠传输与流量控制
流量控制：滑动窗口机制
可靠传输：确认机制，超时重传与快重传机制
3.5 拥塞控制
拥塞控制介绍
慢开始和拥塞避免算法
快重传与快恢复算法
考研大纲
1.传输层概述
端口号
有连接/无连接传输
可靠/不可靠传输
2.UDP协议
UDP是无连接，不可靠的，不支持拥塞控制，适用于即时性的场景，如直播等
UDP接收的是应用层完整的报文，因此说udp是面向报文的
2.1 udp数据报
UDP数据报理论最大长度为65535B，但受限于IP数据报的长度，所以实际上最大不能超过65515B
UDP数据报示例
总结
2.2 udp检验
首先介绍一个校验方法。发送方取每16bit数据的二进制进行相加（注意“高位回卷”），加完的结果取反，得到同样二进制数的16bit检验和。把原数据和检验和一起发送。那么接收方判断数据是否正确就是同样进行原数据每16bit相加，最后和校验和相加，如果全为1代表正确。
介绍完上面的校验方式，那么就来看看udp校验，其实也是这样的方式。
发送方：
接收方：
真题：
3.TCP协议
3.1 TCP协议的框架梳理
三次握手四次挥手的整体流程
TCP有最大段长限制，同时TCP可以分段，而不像UDP要求传输完整报文，因此TCP也称面向字节流
3.2 TCP报文段****
都是重点
ACK只有在握手阶段的第一次握手为0，之后的全为1.
起始序号不一定从0开始，如下图，可以从500开始
确认号ack-seq：按照教材定义，表示期望接收的下一个序列号是多少
确认后示例，如下图，当接收方已经成功接受了1号和2号这2个报文段，那么他可以返回的ack-seq = 2500，表示2500之前的字节都成功接收了，期望接收的下一个序列号从2500开始。
数据偏移：其实就是TCP首部的长度；跟IP数据报的首部是一样的，回忆一下，418：首总偏，ip数据报的首部也是X 4B。
SYN只有在握手1和握手2时 == 1，表示请求连接和连接接受
FIN只有在挥手1和挥手3时 == 1，表示数据发送完毕，要求释放连接
示例
窗口字段
示例，例如主机B的TCP协议给进程2分配的接收缓冲区为2500B，现在他已经接收了1和2这两个报文段了，剩500B，那么返回的rcvwnd=500
校验和字段
选项字段和MSS
3.3 三次握手与四次挥手
三次握手
三次握手中的字段变化
注意下边左右连接的区别，主要是在握手3，握手3是可以不携带数据的
真题，题目求的是握手2服务端要发送的TCP段的值，SYN =1在握手1和2中，所以这里是SYN =1；ACK只在握手1里为0，所以这里ACK = 1；seq是服务器自己设置要发送的起始字节，随便都可以的，这里不能用来判断；ack = 11220+1=11221，这里能确定。所以选c
三次握手中TCP状态变化
三次握手中连接耗时
四次挥手
字段的变化
tcp状态变化
连接耗时计算
真题，就是上图算连接耗时，客户端进入close的时间= 1倍RTT + 2MSL = 50 + 1600 =1650，服务器进入close的时间 = 1.5倍RTT = 75。
3.4 可靠传输与流量控制
可靠传输在数据链路层也有，二者有很多相似之处。数据链路层是以帧为单位进行重传确认，而TCP是以TCP段进行重传确认。流量控制同样在数据链路层也有，也是滑动窗口机制。
流量控制：滑动窗口机制
确认号与接收窗口的大小会在TCP首部中。
发送窗口不能超过自己的发送缓冲区；也不能大于对方的接受窗口。
扩展：一个端口可以建立多个TCP连接
可靠传输：确认机制，超时重传与快重传机制
可靠传输依靠确认机制和重传机制实现，确认机制就是接收方返回ACK段。重传机制有超时重传与快重传，这二者的差别在于接收方是返回确认ACK段的时机，因为确认机制返回ACK的时机是“推迟确认”，快重传会让确认机制变为“立即确认”。
累计确认
捎带确认
超时重传场景：
情况1：客户端发出的报文段丢失
情况2：服务器返回的ACK段丢失
快重传机制
下面是推迟确认下的重传的场景，当发送方连续发送的4个报文段中有报文段丢了，那么由于推迟确认，最后发送方要重发一堆的报文段，这会导致浪费，毕竟只是丢失了其中某个报文段，没必要重传一堆报文段。
推迟后发送一个ACK如下
发送方接收到ACK后调整自己的窗口，可以看到23，24，25已经在之前发送了而且他们的计时器还没超时，所以这时候是得等待超时才能重发的。
而快重传就是来解决这种问题，每收到一个报文段就立即返回确认。如果发送方收到三个冗余确认号相同的ACK，就立即重传对应的报文段。按照图示，应当是收到1+3个确认后相同的ACK。
真题
3.5 拥塞控制
拥塞控制介绍
考题中假设接收方采用的确认机制都是“立即确认”。
引发超时重传--因为默认考题中的接收方采用的是“立即确认”，那么发出的报文未能按时收到ACK就表明网络拥塞严重了。
引发快重传--接收方“立即确认”能够按时发送冗余ACK给发送方，说明发送方有报文丢失，但网络情况没那么严重，因为发送方还能按时收到多个冗余ACK触发快重传。
上图中发送窗口的上限制 看做等于 拥塞窗口，也就是默认接收窗口一直大于拥塞窗口的情况。
慢开始和拥塞避免算法
按照上图和下图理解，很透彻。
慢开始阶段拥塞窗口（即发送窗口）是指数型增长，当到达阈值后每次只能+1。当发生超时重传（网络拥塞严重）就恢复慢开始（拥塞窗口重置为1，同时将阈值设为 此前的窗口值/2）。如此反复。
真题
注意：发送窗口 = min（拥塞窗口，接收窗口），题目中的乙的16KB接收缓存就是接收窗口，不被取走意味着接收窗口只会越来越小。
快重传与快恢复算法
我们说快重传是网络不那么拥塞的情况。快重传触发时阈值与拥塞窗口相等，等于发生时的拥塞窗口的一半，因此同样触发了拥塞避免（一次只能加1个拥塞窗口）。注意：拥塞窗口最小要大于等于2。
