个人复习计网的笔记，学习链接： 计算机网络 - B站视频链接

传输层为相互通信的应用程序提供了逻辑通信。

传输层协议 - UDP和TCP

• TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议
• UDP（User Data Protocol）用户数据协议

分别的使用场景：

• TCP：一个数据包需要将传输的文件分段传输，需要建立会话，实现可靠传输、流量控制。
  （SMTP邮件、ftp传文件）
• UDP：一个数据包就能够完成数据通信，不需要建立会话，是不可靠传输，不需要流量控制。
  （DNS解析、QQ聊天）

传输层协议和应用层协议的关系

对应关系

16位端口号，0-65535

Http = TCP + 80
Https = TCP +443
RDP = TCP + 3389
ftp = TCP + 21
ssh = TCP + 22
telnet = TCP + 23
DNS = UDP + 53
SMTP = TCP + 25
Pop3 = TCP + 110
熟知端口：0 - 1023
登记端口：1024 - 49151
客户端端口：49152 - 65535

服务和应用层协议的关系

计算机上的服务启动了，就在TCP或UDP的某个端口侦听客户端请求（如http服务在80端口侦听）
客户端使用ip地址定位服务器，使用目标端口定位服务
可以 在服务器网卡上设置只开放必要的端口，实现服务器网络安全

UDP

UDP的特点

UDP首部

udp首部字段有8个字节，| 2字节 - 源端口号 | 2字节 - 目的端口号 | 2字节 - 包长度 | 2字节 - 校验和 |
UDP计算检验和的时候，要加上12字节的伪首部（网络层ip数据包的首部信息，如ip地址）。

UDP首部

tcp首部字段20个字节

TCP

TCP
tcp连接的两个端点是socket套接字，即ip地址:端口

• 特点：TCP是 面向连接的、面向字节流的、提供全双工通信的可靠传输
• 功能：可靠传输、流量控制、避免网络拥塞

为什么之特点解释：

1. 面向连接是因为tcp要先建立连接才能传输
2. 面向字节流是因为，不像udp是直接发送一个报文，tcp是把应用层的数据用字节流来发送，在tcp缓存区用滑动窗口发送
3. 提供全双工，tcp要进行可靠传输，接收方要在一定时间内发送确认收到的消息，否则发送方会重传

TCP首部

TCP首部格式

固定首部长度为20个字节

• 源端口、目的端口：各16位，也代表端口有2的16次方=65535个。
• 序号：tcp字节流，序列号seq意思是本报文段数据第一个字节的序号
• 确认号：接收方收到之后，发回确认数据包（确认号字段为接下来要收的包的序号）
• 数据偏移：因为tcp首部可以比20字节多，所以此字段表示tcp数据部分在哪里开始。
  标记位
• ACK：0、1，代表确认号有效还是无效
• SYN：代表要建立会话
• URG：urgent紧急，发送端tcp缓存插队
• PSH：push，接收端tcp缓存插队
• RST：reset，tcp连接出现错误，需要重新建立连接（比如网页加载到一半X掉）
• FIN：final，（比如网页传完了，准备释放连接）
• 窗口：用于确定窗口大小
• 校验和：12字节的伪首部+tcp首部+tcp数据部分的校验
• 紧急指针：URG为1，紧急指针才有效（如果是50，代表1-50是紧急数据）
  可选部分
• MSS：一个数据段最大为多大（maximum segment size）
• SACK：选择性确认，告诉发送方，哪一段缺失了

超时重传等待时间
加权平均往返时间RTTs
新的RTTs = (1-α) x 旧的RTTs + α x (新的RTT样本)

TCP可靠传输的实现

ARQ（Auto Repeat reQuest）自动重传请求，重传是自动进行的，不用接收方请求发送方重传某个出错的分组。只要在规定时间内，接收方没有跟发送方确认“我收到了”，发送方就会重传。

TCP可靠传输

但是如果发一个包，等待确认，会导致信道利用率低（大部分时间在等待确认消息）

停止等待 - 低信道利用率

那如何提高信道利用率呢？

流水线传输

那流水线如何实现可靠传输呢？
以字节为单位的滑动窗口技术，在窗口内的数据包可以连续发送，等数据包确认了，可以往前移动窗口（已经确认发到的数据包移出缓存）

连续ARQ协议 - 滑动窗口

TCP的流量控制

解决了双方处理数据的速度不一样的问题。
服务器要根据客户端的接收窗口设定发送窗口。
当接收方需要处理并清空缓存，让服务器停一停，就让接收窗口（rwnd - receive window）为0，发送窗口也跟着为0

TCP的拥塞控制

避免网络拥塞。

1. 慢开始和拥塞避免
   发送方维持拥塞窗口cwnd（congestion window）
   发送的报文段，一开始以指数增长，到了慢开始门限，就以加法增长。
   如果出现丢包，拥塞窗口重置为1，慢开始门限为原来的1/2。
   从1开始（慢开始），到慢开始门限之后一点点长（拥塞避免）

   
   慢开始和拥塞避免

2. 快重传和快恢复
   接收方累积确认时，一发现丢包，就立即连续发送3个请求，重传丢失的包
   丢包后，收到了3个连续请求重传，拥塞窗口不重置为1，而是设置为新的慢开始门限，加法增加。

   
   快重传和快恢复

所以发送窗口到底为多少？
发送窗口的上限值 = Min（rwnd，cwnd）
为接收方窗口和拥塞窗口这两个变量中，较小的一个值

TCP的传输连接管理

tcp的传输连接有三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放。
TCP连接的建立都采用的是客户端服务端模式。
主动发起建立连接的是客户。
被动等待建立连接的是服务器。

三次握手 - 建立连接

三次握手主要是为了确认客户端和服务器都有收和发的功能。
seq序列号代表本报文段中开始字节的序号，ack确认号代表期望对方下一个报文段的开始字节的序号。

三次握手

1. 客户端 -》服务器
   TCP首部信息
   标记位 SYN = 1（代表请求建立连接），ACK = 0（代表这个数据包没有确认号）
   seq序号 x

2. 服务器 -》客户端
   TCP首部信息
   标记位 SYN = 1（代表同意建立连接），ACK = 1（代表这个数据包有确认号）
   seq序号 y ，ack确认号x+1

3. 客户端 -》服务器
   TCP首部信息
   ACK = 1（代表这个数据包有确认号）
   seq序号 x+1 ，ack确认号y+1

四次挥手 - 释放连接

四次挥手

1. 客户端 -》服务器
   标记位FIN = 1，代表我数据已经发完了，请求释放连接
   序列号seq = u

2. 服务器 -》客户端
   标记位ACK = 1，代表确认号有效，答应释放连接
   确认号ack = u + 1，序号seq = v

3. 服务器 -》客户端
   标记位FIN = 1，代表我的数据也发完了，请求释放连接
   标记位ACK = 1
   序列号seq = w，确认号ack = u + 1

4. 客户端 -》服务器
   标记位ACK = 1，代表同意释放连接
   序列号seq = u + 1，确认号ack = w + 1

之后 TIME-WAIT 是客户端最后等待的时间，防止第四次挥手数据包丢包，导致服务器一直在等，重挥第三次却得不到客户端的响应。