目录

1. 传输层的作用

  • TCP常用来提供可靠的通信
  • UDP常用于广播和细节控制
  • 为了能够准确的将IP包发送到应用程序中，使用端口号进行区别

TCP和UDP的区别

  • TCP用于需要在传输层提供可靠传输的情况
  • UDP用于高速传输或者实时性要求比较高的情况，如IP电话、基于多播或广播的协议–DHCP
  • TCP应该根据应用的目的，按需应用

2. 端口号

  • 用来识别同一台计算机不同的应用程序，并准确的将数据传输

  • 仅凭端口号还无法识别一个通信，例如在web浏览器打开的网页，端口都是80
  • 一般采用源IP地址、目标IP地址、协议号、源端口号、目标端口号定义一个通信

标准既定的端口号

  • 属于广为人知的、固定的端口号，例如HTTP、FTP、SSH

时序分配法（动态）

  • 客户端不需要确定端口号，即可交给操作系统自动分配

端口号和协议

  • 不同的协议可以使用相同的端口号，只需要根据IP包头部的协议区别即可

3. UDP

  • UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的服务
  • 将从应用程序收到的数据直接发送到网络
  • 当网络出现拥堵，也无法进行拥塞控制；数据丢失，不负责重发；数据乱掉，也不负责纠正

UDP的应用

  • 包总量比较少的情况（DNS、SNMP）
  • 视频、音频等（即时通讯）
  • 限定于LAN（局域网）等特定网络的通信
  • 广播和多播

4. TCP(重点)

4.1 TCP的特点

  • 使通过IP协议实现可靠传输
  • 具有检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理、窗口控制等

4.2 通过序列号与确认应答提高可靠性

  • 当发送端数据到达目标主机时，接收端会发送一个确认收到的消息，叫做确认应答（ACK）
  • 如果有确认应答，说明数据成功到达目标主机，反之，则可能出现数据丢失
  • 未收到确认应答也可能对方已经收到，但是确认应答丢失
  • 也可能会因为一些原因导致确认应答延迟到达
  • 对于目标主机可能因为重发机制而不断的收到相同的数据
  • 序列号的作用就是标记同一个数据包。
  • 接收端可以根据序列号确认是否收到重复数据，发送端根据序列号和确认应答号确认哪个数据已经被成功接收

4.3 重发超时如果确定

  • 重发超时是指重发数据之前，等待确认应答的时间
  • 不同的网络环境时间应该不同。如在LAN中，这个时间相对较短.
  • TCP在每次发包时都会计算往返时间及其偏差。重发时间则为往返时间加偏差的总和稍大一些的值。
  • 数据被重发后，重发的超时时长会以指数形式增长
  • 数据不会无限重发

4.4 连接管理

三次握手

- 客户端–发送带有SYN(请求建立连接)标志的数据包--------一次握手–服务端

  • 服务端–发送带有 SYN/ACK 标志的数据包-----二次握手–客户端
  • 客户端–发送带有带有 ACK 标志的数据包------三次握手–服务端

总结：

  • <mark>第一次握手，服务端确认自己接收正常，客户端发送正常；客户端什么都不能确认</mark>、

  • 第二次握手，服务端确认自己接收正常，客户端发送正常；<mark>客户端确认自己发送正常，接收正常，服务端发送正常，接收正常</mark>

  • 第三次握手，<mark>服务端确认自己发送正常，客户端接收正常</mark>，自己接收正常，客户端发送正常；客户端确认自己发送正常，接收正常，服务端发送正常，接收正常

  • 三次握手保证客户端和服务端都能确认自己和对方接收发送正常，保证可靠的连接

  • 两次发送SYN，代表发送端到接收端的通道正常

  • 两次ACK，代表服务端到接收端通道正常

  • 在三次握手后，会计算出一个MSS,即最大消息长度

四次挥手

  • 客户端-发送一个 FIN（请求断开连接），用来关闭客户端到服务器的数据传送
  • 服务器-收到这个 FIN，它发回一 个 ACK，确认序号为收到的序号加1 。和 SYN 一样，一个 FIN 将占用一个序号
  • 服务器-关闭与客户端的连接，发送一个FIN给客户端
  • 客户端-发回 ACK 报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1

任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候，则发出连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。

举个例子：A 和 B 打电话，通话即将结束后，A 说“我没啥要说的了”，B回答“我知道了”，但是 B 可能还会有要说的话，A 不能要求 B 跟着自己的节奏结束通话，于是 B 可能又巴拉巴拉说了一通，最后 B 说“我说完了”，A 回答“知道了”，这样通话才算结束。

4.5 窗口控制与重发机制

  • 使用滑动窗口并行发送数据，可以提高网络的效率
  • 窗口大小是并行发送的数据包的数目
  • 使用了大量缓冲区保存已经发送的数据包

窗口控制的的重发机制比超时重传更高效，被称作“高速重发机制”。

  • 发送端会等待自己应该收到的序列号，当收到后，会发送一个确认应答。如果这个确认应答丢失，也可以根据下一个的确认应答序列号知道是否接收端收到数据。

  • 如果数据丢失，接收端收不到自己想要接收的数据，就会连续的发送该序列号的确认应答。发送端不断的收到重复的确认应答，则知道数据丢失，重发该序列号的数据

4.6 流量控制

  • 发送端可以根据自己情况发送数据，但是接受端可能正在忙于处理其他的事情，导致无法接受数据，出现网络浪费。
  • 流控制可以让发送端根据接收端的情况发送数据

4.7 拥塞控制

  • 当网络出现拥堵时，突然发送一个较大的数据包，则可能造成网络瘫痪
  • TCP会利用慢启动的算法，控制刚开始发送的数据量
  • 在刚开始慢启动的时候，定义一个拥塞窗口，每当发送一次数据包接收到ACK时，拥塞窗口加一，并和发送端的接受端的流量控制大小进行比较，确认一个最小的窗口大小。

4.8 提高网络利用率的规范

Nagle算法

  • 当发送端剩余没有发送的数据很少时，会启动延时发送（Windows等系统会关闭该算法）

延时确认应答

  • 收到数据并不立即发送应答
  • 即使少发一些确认应答，也不会造成重发。（一般两个数据段发送一个确认应答）

5. 其他传输层协议

UDP-Lite

  • UDP的扩展。
  • 有些数据可以接受破坏而不用丢失，所以可以让应用自由的设置需要检验的部分数据

DCCP

  • 辅助UDP进行拥塞控制
  • 面向连接