【计算机网络】传输层

iso七层模型 TCP/IP四层模型 对比：

图片说明

UDP协议（User Datagram protocol用户数据报协议）

UDP协议的位置：
位于ip数据报的数据部分
由两个部分组成：
UDP首部、UDP数据报的数据

特点：
无连接、不能保证数据的可靠交付、面向报文传输的协议（直接将应用层输出过来的数据放进UDP数据报的数据中）、没有拥塞控制、首部开销小

TCP协议（Transmission Control Protocol传输控制协议）

  1. TCP协议的位置：
    图片说明
  2. 特点：
    面向连接的协议、提供可靠的传输服务、端到端通信、提供全双工的通信、面向字节流的协议
  3. TCP头部 
1. 序号：当前数据报的首字节的序号（配合确认号使用）
2. 确认号：期待收到的下一个数据报的首字节序号
3. 数据偏移：
4. TCP标记
5. 窗口
6. 紧急指针
  1. 可靠传输的基本原理
    1. 停止等待协议
      最简单的可靠重传协议，信道利用率低
      设置一个定时器：超时重传定时器
    2. 连续ARQ协议（Automatic rePeat reQuest ）
      滑动窗口：发送窗口内的消息，前部的发送完毕（通过确认号），窗口就往后滑动
      累计确认：发送了确认号5，说明1-5都发送完毕，可以开始发送6及之后的报文了，减少确认报文的数量
  1. TCP可靠传输
    重传，如果部分字节收到了确认消息，而开头的没有收到，那也不行，必须这一段报文全部重传。
    TCP选项最多40个字节，一个序号4个字节，所以最多存储10个序号

TCP选项存储的是需要重传的字节流的边界，比如：存储了1000、1500，代表的是需要重传1000~1500的所有字节

  1. TCP流量控制
    流量控制：
    指发送方发送速率不要太快，通过滑动窗口实现

如果前一个流量控制消息中的窗口设置大小为0，下一个设置窗口的消息在路上丢失了，则会进入一个死锁状态：发送方一直认为窗口大小为0，接收方在等待发送方发送消息（如下图）

坚持定时器：

  1. TCP拥塞控制
    拥塞控制：

慢启动算法：慢启动算法每次的发送量是指数形式增长的

拥塞避免：设置慢启动阈值，先是指数增长，达到阈值以后缓慢增长（+1）

三次握手

描述逻辑：三次握手的报文消息（TCP选项位、序列号、确认号）——两方状态变化

  1. 第一次握手：建立连接之前，接收方处于监听状态（Listen）,发送方 向 接受方 发送连接请求报文，发送报文的序列号为x；、
  2. 接收方收到连接请求报文以后进行回复，进行第二次握手，确认号ack为x+1，代表接受方希望下一次接收到发送方发来为起始位置为x+1的数据，序列号seq为y，代表接收方发送的数据序列号为y；
  3. 第三次握手：序列号seq为x+1，代表发送的数据的序列号也就是第一个字节流的序号为x+1，确认号ack=y+1代表发送方希望下一次接收到序列号为y+1的数据；

状态变化：

发送方：同步已发送（SYNC-SENT）——建立连接（ESTABLISHED）
接收方：监听（LISTEN）——同步已接收(SYNC-RECV)——建立连接(ESTABLISHED)

经典问题：

1. 为什么需要三次握手，为什么两次握手不行？

回答逻辑：先说结论，再解释过程原理
结论：只有两次握手的情况下，已经失效的连接请求报文如果传送到接收方，会引发错误
解释：请求连接报文可能会因为网络节点阻塞的原因丢失或者迟到。
如果只有两次握手，因为存在超时重传机制，如果前一个请求阻塞在网络节点中，后发送的请求报文已经建立起TCP连接，迟到的连接请求报文也会得到接受方的响应，建立起连接，这样就建立起多个连接，就发生了错误

2. 三次握手如何解决这个问题？

三次握手的情况下，接受方接收到第一个连接请求报文时，就给发送方回复确认报文，在第二次握手完成以后发送方就不会再理会新的确认报文，这样就避免了建立多个TCP连接的情况。

四次挥手

描述四次挥手过程要点：挥手发送的消息的字段（FIN、ACK）；每次挥手的含义，以及挥手引起两方状态变化

描述一下四次挥手的具体过程：

  1. 首先发送方数据传输完毕，向接收方发送一个Fin标记为1的连接中断报文。意思是，我的数据已经传输完毕，我关闭了数据传输，你那边可以继续传输数据给我，不用着急关闭连接。然后发送方进入FIn-WAIT1状态
  2. 接收方接收到连接中断报文以后，给发送方回复一个ACK确认报文。意思是，我知道你的消息已经发送完毕了，但是目前我还有数据需要发送，请你继续接收数据。接收方发送ACK确认报文后进入CLOSE-WAIT状态，在这个状态中可以继续发送数据，当发送方接收到第一个ACK确认报文后进入FIN-WAIT2状态，继续接受数据，第二次挥手完成
  3. 当接收方数据全部传输完毕以后，会发送一个中断连接报文，既包含FIN，代表这是接收方的中断连接报文，也包含ACK确认，是对发送方的Fin报文的再一次确认，接收方进入LAST-ACK最后确认状态
  4. 发送方接收到接收方发来的FIN中断连接报文以后，也就是第三次挥手以后，会响应发送一个ACK确认报文，并设置一个等待计时器，等待2MSL的时间后关闭连接，进入关闭状态；接收方在接收到这个ACK确认报文后也关闭连接，进入关闭状态，自此四次握手完成，TCP连接正式关闭

图片说明

关于2MSL：

定义：最后的第四次挥手的ACK消息在网络中能够存活的最长的时间
如何实现等待：网络端口在这2MSL中，会被一直占用，不能释放，不能被复用

经典问题：

  1. 为什么要四次挥手？三次挥手行不行？
    第四次挥手是为了让接收方知道发送方收到了第三次挥手的消息，如果没有第四次挥手，接收方就无法得知发送方是否正常关闭了连接
  1. 为什么要等待2MSL？ 两个作用！
    1. 确保发送方的最后一个ACK报文可以到达接收方
    2. 确保连接中的所有消息全部过期失效
      图片说明