计算机网络——运输层

Posted 2021-07-24 江州益彤

一、 运输层的两个主要协议

(1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
(2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)

两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。
TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)。
UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。

1.1、TCP：一种面向连接的协议

1、提供面向连接的服务。
2、传送的数据单位协议是 TCP 报文段 (segment)。
3、TCP 不提供广播或多播服务。（仅提供对应连接进程端点的服务）
4、由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。

1.1.1、TCP的主要特点

1）、TCP 是面向连接的运输层协议。
2）、每一条 TCP 连接只能有两个端点 (endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
3）、TCP 提供可靠交付的服务。
4）、TCP 提供全双工通信。
5）、面向字节流

TCP 中的“流”(stream)指的是流入或流出进程的字节序列。 “面向字节流”的含义是：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。

1.1.2、TCP 的流量控制

定义：让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接受
实现：利用滑动窗口实现流量控制（字节为单位的滑动窗口）

1.1.3、TCP 的拥塞控制

拥塞控制的一般原理：防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不至过载。
TCP 的拥塞控制方法：TCP采用基于窗口的方法进行拥塞控制。该方法属于闭环控制方法。

1.1.2、TCP 的连接建立：采用三报文握手

1.1.3、TCP 的连接释放：采用四报文握手

以一次简单的HTTP交互为例说明：

1. 客户端–>syn–>服务器 （TCP层交互）
2. 服务器–>syn ack–>客户端 （TCP层交互）
3. 客户端–>ack–>服务器 （TCP层交互）

TCP三次握手建立连接后，

4. 客户端发送GET/POST请求数据 （HTTP层交互）
5. 服务器收到GET/POST请求，回复ack （TCP层交互）
6. 服务器根据请求回复相应的数据 （HTTP层交互）
7. 客户端收到服务器数据，回复ack （TCP层交互）

在完成HTTP数据交互后，TCP四次分手断开连接：

8. 客户端–>fin ack–>服务器
9. 服务器–>ack–>客户端
10. 服务器–>fin ack–>客户端
11. 客户端–>ack–>服务器

1.2、用户数据报协议 UDP

1）、UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能：
复用和分用的功能
差错检测的功能
2）、虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。

1.2.1、UDP 的主要特点

(1) UDP 是无连接的，发送数据之前不需要建立连接，，因此减少了开销和发送数据之前的时延。
(2) UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。
(3) UDP 没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很适合多媒体通信的要求。
(4) UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
(5) UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。
(6) UDP 是面向报文的。发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。