計算機網路運輸層工作模式

㈠ 計算機網路中五層協議它們分別的主要功能是什麼它們具體分別是在哪裡（從硬體層面上談）實現的

1，物理層；其主要功能是：主要負責在物理線路上傳輸原始的二進制數據。

2、數據鏈路層；其主要功能是：主要負責在通信的實體間建立數據鏈路連接。

3、網路層；其主要功能是：要負責創建邏輯鏈路，以及實現數據包的分片和重組，實現擁塞控制、網路互連等功能。

4、傳輸層；其主要功能是：負責向用戶提供端到端的通信服務，實現流量控制以及差錯控制。

5、應用層；其主要功能是：為應用程序提供了網路服務。

物理層和數據鏈路層是由計算機硬體（如網卡）實現的，網路層和傳輸層由操作系統軟體實現，而應用層由應用程序或用戶創建實現。

(1)計算機網路運輸層工作模式擴展閱讀：

應用層是體系結構中的最高層。應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要。這里的進程就是指正在運行的程序。

應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換
和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理，來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必須的功能。應用層直接為用戶的應用進程提供服務。

傳輸層的任務就是負責主機中兩個進程之間的通信。網際網路的傳輸層可使用兩種不同協議：即面向連接的傳輸控制協議TCP，和無連接的用戶數據報協議UDP。

面向連接的服務能夠提供可靠的交付，但無連接服務則不保證提供可靠的交付，它只是「盡最大努力交付」。這兩種服務方式都很有用，備有其優缺點。在分組交換網內的各個交換結點機都沒有傳輸層。

網路層負責為分組交換網上的不同主機提供通信。在發送數據時，網路層將運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳送。

在TCP/IP體系中，分組也叫作IP數據報，或簡稱為數據報。網路層的另一個任務就是要選擇合適的路由，使源主
機運輸層所傳下來的分組能夠交付到目的主機。

㈡ 網路七層都有什麼

7.應用層:主要是為應用軟體擔供介面唑面使行就用程序能夠使用網路服務.
6.表示屋:1>數據的解碼和編碼;2>數據的加密和解密;3>數據的壓縮和解壓.
5.會話層:為了協調不同主機就用程序發出的業務請求和答應.
4.傳輸層:1>保證數據可靠傳輸;2>通過埠號區分上層服務.
3.網路層:1>為了網路設備提供邏輯地址;2>負現數據從源泉端發送到目地端;3>負責數據傳輸的尋徑和轉發.
2.鏈路層:1>數據鏈路層保證物理層和數據可靠的傳輸;2>提供對等網路層的服務和傳輸的帆數據;3>介質訪問子層和邏輯鏈路控制子層.
1.物理層:1>介面和某物理特性位的表示;2>傳輸數率;3>線路配置:設備與煤體的連接;4>物理拓撲;5>傳輸模式

㈢ 計算機網路——TCP/UDP協議

計算機網路七層模型中，傳輸層有兩個重要的協議：
（1）用戶數據報協議UDP (User Datagram Protocol)
（2）傳輸控制協議TCP (Transmission Control Protocol)

UDP 在傳送數據之前不需要先建立連接。遠地主機的運輸層在收到UDP 報文後，不需要給出任何確認。雖然UDP 不提供可靠交付，但在某些情況下UDP 卻是一種最有效的工作方式。

TCP 則提供面向連接的服務。在傳送數據之前必須先建立連接，數據傳送結束後要釋放連接。TCP 不提供廣播或多播服務。由於TCP 要提供可靠的、面向連接的運輸服務，因此不可避免地增加了許多的開銷，如確認、流量控制、計時器以及連接管理等。

UDP 的主要特點是：

首部手段很簡單，只有8 個位元組，由四個欄位組成，每個欄位的長度都是兩個位元組。

前面已經講過，每條TCP 連接有兩個端點，TCP 連接的端點叫做套接字（socket）或插口。套接字格式如下：

套接寧socket= (IP 地址：埠號』）

每一條TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個端點（即兩個套接宇）所確定。即：
TCP 連接＝ {socket1, socket2} = {(IP1: port1), (IP2: port2)}

3次握手鏈接

4次握手釋放鏈接

斷開連接請求可以由客戶端發出，也可以由伺服器端發出，在這里我們稱A端向B端請求斷開連接。

各個狀態節點解釋如下：

下面為了討論問題的萬便，我們僅考慮A發送數據而B 接收數據並發送確認。因此A 叫做發送方，而B 叫做接收方。

「停止等待」就是每發送完一個分組就停止發送，等待對方的確認。在收到確認後再發送下一個分組。

使用上述的確認和重傳機制，我們就可以在不可靠的傳輸網路上實現可靠的通信。像上述的這種可靠傳輸協議常稱為自動重傳請求ARQ (Automatic Repeat reQuest）。意思是重傳的請求是自動進行的。接收方不需要請求發送方重傳某個出錯的分組。

滑動窗口協議比較復雜，是TCP 協議的精髓所在。這里先給出連續ARQ 協議最基本的概念，但不涉提到許多細節問題。詳細的滑動窗口協議將在後面討論。

下圖表示發送方維持的發送窗口，它的意義是：位於發送窗口內的5 個分組都可連續發送出去，而不需要等待對方的確認。這樣，信道利用率就提高了。

連續ARQ 協議規定，發送方每收到一個確認，就把發送窗口向前滑動一個分組的位置。

接收方一般都是採用 累積確認 的方式。這就是說，接收方不必對收到的分組逐個發送確認，而是可以在收到幾個分組後，對按序到達的最後一個分組發送確認，這樣就表示：到這個分組為止的所有分組都己正確收到了。

累積確認 的優點是容易實現，即使確認丟失也不必重傳。但缺點是不能向發送方反映出接收方己經正確收到的所有分組的信息。

例如，如果發送方發送了前5 個分組，而中間的第3 個分組丟失了。這時接收方只能對前兩個分組發出確認。發送方無法知道後面三個分組的下落，而只好把後面的三個分組都再重傳一次。這就叫做Go-back-N （回退N ），表示需要再退回來重傳己發送過的N 個分組。可見當通信線路質量不好時，連續ARQ 協議會帶來負面的影響。

TCP 的滑動窗口是以位元組為單位的。現假定A 收到了B 發來的確認報文段，其中窗口是20 （位元組），而確認號是31 （這表明B 期望收到的下一個序號是31 ，而序號30 為止的數據己經收到了）。根據這兩個數據， A 就構造出自己的發送窗口，其位置如圖所示。

發送窗口表示：在沒有收到B 的確認的情況下， A可以連續把窗口內的數據都發送出去。凡是己經發送過的數據，在未收到確認之前都必須暫時保留，以便在超時重傳時使用。

發送窗口後沿的後面部分表示己發送且己收到了確認。這些數據顯然不需要再保留了。而發送窗口前沿的前面部分表示不允許發送的，因為接收方都沒有為這部分數據保留臨時存放的緩存空間。

現在假定A 發送了序號為31 ～ 41 的數據。這時發送窗口位置並未改變，但發送窗口內靠後面有11個位元組（灰色小方框表示）表示己發送但未收到確認。而發送窗口內靠前面的9 個位元組（ 42 ～ 50 ）是允許發送但尚未發送的。】

再看一下B 的接收窗口。B 的接收窗口大小是20，在接收窗口外面，到30 號為止的數據是已經發送過確認，並且己經交付給主機了。因此在B 可以不再保留這些數據。接收窗口內的序號（31～50）足允許接收的。B 收到了序號為32 和33 的數據，這些數據沒有按序到達，因為序號為31 的數據沒有收到（也許丟失了，也許滯留在網路中的某處）。 請注意， B 只能對按序收到的數據中的最高序號給出確認，因此B 發送的確認報文段中的確認號仍然是31 （即期望收到的序號）。

現在假定B 收到了序號為31 的數據，並把序號為31～33的數據交付給主機，然後B刪除這些數據。接著把接收窗口向前移動3個序號，同時給A 發送確認，其中窗口值仍為20，但確認號是34，這表明B 已經收到了到序號33 為止的數據。我們注意到，B還收到了序號為37, 38 和40 的數據，但這些都沒有按序到達，只能先存在接收窗口。A收到B的確認後，就可以把發送窗口向前滑動3個序號，指針P2 不動。可以看出，現在A 的可用窗口增大了，可發送的序號范圍是42～53。整個過程如下圖：

A 在繼續發送完序號42-53的數據後，指針P2向前移動和P3重合。發送窗口內的序號都已用完，但還沒有再收到確認。由於A 的發送窗口己滿，可用窗口己減小到0，因此必須停止發送。

上面已經講到， TCP 的發送方在規定的時間內沒有收到確認就要重傳已發送的報文段。這種重傳的概念是很簡單的，但重傳時間的選擇卻是TCP 最復雜的問題之一。

TCP採用了一種自適應演算法 ，它記錄一個報文段發出的時間，以及收到相應的確認的時間。這兩個時間之差就是報文段的往返時間RTT，TCP 保留了RTT的一個加權平均往返時間RTTs （這又稱為平滑的往返時間， S 表示Smoothed 。因為進行的是加權平均，因此得出的結果更加平滑）。每當第一次測量到RTT樣本時， RTTs值就取為所測量到的RTT樣本值。但以後每測量到一個新的RTT樣本，就按下式重新計算一次RTTs:

新的RTTs = (1 － α）×（舊的RTTs) ＋ α ×（新的RTT樣本）

α 越大表示新的RTTs受新的RTT樣本的影響越大。推薦的α 值為0.125，用這種方法得出的加權平均往返時間RTTs 就比測量出的RTT值更加平滑。

顯然，超時計時器設置的超時重傳時間RTO (RetransmissionTime-Out）應略大於上面得出的加權平均往返時間RTTs。RFC 2988 建議使用下式計算RTO:

RTO = RTTs + 4 × RTTd

RTTd是RTT 的偏差的加權平均值，它與RTTs和新的RTT樣本之差有關。計算公式如下：

新的RTTd= (1- β）×（舊的RTTd) + β × |RTTs－新的RTT樣本|

發現問題： 如圖所示，發送出一個報文段。設定的重傳時間到了，還沒有收到確認。於是重
傳報文段。經過了一段時間後，收到了確認報文段。現在的問題是：如何判定此確認報文段是對先發送的報文段的確認，還是對後來重傳的報文段的確認？

若收到的確認是對重傳報文段的確認，但卻被源主機當成是對原來的報文段的確認，則這樣計算出的RTTs 和超時重傳時間RTO 就會偏大。若後面再發送的報文段又是經過重傳後才收到確認報文段，則按此方法得出的超時重傳時間RTO 就越來越長。

若收到的確認是對原來的報文段的確認，但被當成是對重傳報文段的確認，則由此計算出的RTTs 和RTO 都會偏小。這就必然導致報文段過多地重傳。這樣就有可能使RTO 越來越短。

Kam 提出了一個演算法：在計算加權平均RTTs 時，只要報文段重傳了就不採用其往返時間樣本。這樣得出的加權平均RTTs 和RTO 就較准確。

新問題： 設想出現這樣的情況：報文段的時延突然增大了很多。因此在原來得出的重傳時間內，不會收到確認報文段。於是就重傳報文段。但根據Kam 演算法，不考慮重傳的報文段的往返時間樣本。這樣，超時重傳時間就無法更新。

解決方案： 對Kam 演算法進行修正，方法是z報文段每重傳一次，就把超時重傳時間RTO 增大一些。典型的做法是取新的重傳時間為2 倍的舊的重傳時間。當不再發生報文段的重傳時，才根據上面給出的公式計算超時重傳時間。

流量控制（flow control）就是讓發送方的發送速率不要太快，要讓接收方來得及接收。

利用滑動窗口機制可以很方便地在TCP 連接上實現對發送方的流量控制。

接收方的主機B 進行了三次流量控制。第一次把窗口減小到rwnd =300，第二次又減到rwnd = 100 ，最後減到rwnd = 0 ，即不允許發送方再發送數據了。這種使發送方暫停發送的狀態將持續到主機B 重新發出一個新的窗口值為止。我們還應注意到，B 向A 發送的三個報文段都設置了ACK=1，只有在ACK=1 時確認號欄位才有意義。

發生死鎖： 現在我們考慮一種情況。上圖中， B 向A 發送了零窗口的報文段後不久， B 的接收緩存又有了一些存儲空間。於是B 向A 發送了rwnd = 400 的報文段。然而這個報文段在傳送過程中丟失了。A 一直等待收到B 發送的非零窗口的通知，而B 也一直等待A 發送的數據。如果沒有其他措施，這種互相等待的死鎖局面將一直延續下去。

解決方案： TCP 為每一個連接設有一個 持續計時器（persistence timer） 。只要TCP 連接的一方收到對方的零窗口通知，就啟動持續計時器。若持續計時器設置的時間到期，就發送一個 零窗口探測報文段 （僅攜帶1 宇節的數據），而對方就在確認這個探測報文段時給出了現在的窗口值。

1 TCP連接時是三次握手，那麼兩次握手可行嗎？

在《計算機網路》中是這樣解釋的：已失效的連接請求報文段」的產生在這樣一種情況下：client發出的第一個連接請求報文段並沒有丟失，而是在某個網路結點長時間的滯留了，以致延誤到連接釋放以後的某個時間才到達server。本來這是一個早已失效的報文段。但server收到此失效的連接請求報文段後，就誤認為是client再次發出的一個新的連接請求。於是就向client發出確認報文段，同意建立連接。假設不採用「三次握手」，那麼只要server發出確認，新的連接就建立了。由於現在client並沒有發出建立連接的請求，因此不會理睬server的確認，也不會向server發送ACK包。這樣就會白白浪費資源。而經過三次握手，客戶端和伺服器都有應有答，這樣可以確保TCP正確連接。

2 為什麼TCP連接是三次，揮手確是四次？

在TCP連接中，伺服器端的SYN和ACK向客戶端發送是一次性發送的，而在斷開連接的過程中，B端向A端發送的ACK和FIN是是分兩次發送的。因為在B端接收到A端的FIN後，B端可能還有數據要傳輸，所以先發送ACK，等B端處理完自己的事情後就可以發送FIN斷開連接了。

3 為什麼在第四次揮手後會有2個MSL的延時？

MSL是Maximum Segment Lifetime，最大報文段生存時間，2個MSL是報文段發送和接收的最長時間。假定網路不可靠，那麼第四次發送的ACK可能丟失，即B端無法收到這個ACK，如果B端收不到這個確認ACK，B端會定時向A端重復發送FIN，直到B端收到A的確認ACK。所以這個2MSL就是用來處理這個可能丟失的ACK的。

1 文件傳送協議

文件傳送協議FTP (File Transfer Protocol) [RFC 959］是網際網路上使用得最廣泛的文件傳送協議，底層採用TCP協議。

盯P 使用客戶伺服器方式。一個FTP 伺服器進程可同時為多個客戶進程提供服務。FTP的伺服器進程由兩大部分組成：一個主進程，負責接受新的請求：另外有若干個從屬進程，負責處理單個請求。

在進行文件傳輸時，客戶和伺服器之間要建立兩個並行的TCP 連接：「控制連接」（21埠）和「數據連接」（22埠）。控制連接在整個會話期間一直保持打開， FTP 客戶所發出的傳送請求，通過控制連接發送給伺服器端的控制進程，但控制連接並不用來傳送文件。實際用於傳輸文件的是「數據連接」。伺服器端的控制進程在接收到FTP 客戶發送來的文件傳輸請求後就創建「數據傳送進程」和「數據連接」，用來連接客戶端和伺服器端的數據傳送進程。

2 簡單文件傳送協議TFTP

TCP/IP 協議族中還有一個簡單文件傳送協議TFfP (Trivial File Transfer Protocol），它是一個很小且易於實現的文件傳送協議，埠號69。

TFfP 也使用客戶伺服器方式，但它使用UDP 數據報，因此TFfP 需要有自己的差錯改正措施。TFfP 只支持文件傳輸而不支持交耳。

3 TELNET

TELNET 是一個簡單的遠程終端協議，底層採用TCP協議。TELNET 也使用客戶伺服器方式。在本地系統運行TELNET 客戶進程，而在遠地主機則運行TELNET 伺服器進程，佔用埠23。

4 郵件傳輸協議

一個電子郵件系統應具如圖所示的三個主要組成構件，這就是用戶代理、郵件伺服器，以及郵件發送協議（如SMTP ）和郵件讀取協議（如POP3)， POP3 是郵局協議（Post Office Protocol）的版本3 。

SMTP 和POP3 （或IMAP ）都是在TCP 連接的上面傳送郵件，使用TCP 的目的是為了使郵件的傳送成為可靠的。

㈣ 計算機網路(5)| 運輸層

從通信和處理信息的角度看，運輸層是向它上面的應用層提供通信服務的，它屬於面向通信部分的最高層，同時也是用戶功能中的最低層。當網路的邊緣部分中的兩台主機使用網路的核心部分的功能進行端到端的通信時，只有主機的協議棧才有運輸層，而網路核心部分中的路由器在轉發分組時都只用到下三層的功能。

運輸層的兩個主要協議 TCP/IP 都是互聯網的正式標准，即：
（1）用戶數據報協議UDP
（2）傳輸控制協議TCP

TCP則是面向連接的服務。在傳送數據之前必須先建立連接，數據傳送結束後要釋放連接。TCP不提供廣播或者多播服務。由於TCP要提供可靠的面向連接的運輸服務，因此需要增加很多的開銷。

TCP/IP的運輸層用一個16位埠號來標志一個埠。埠號只有本地意義。它是為了標志本計算機應用層中的各個進程在和運輸層交互時的層間介面。

運輸層的埠號分為以下兩類：
（1）伺服器端使用的埠號： 它主要分為系統埠號0～1023和登記埠號1024～49151。

（2）客戶端使用的埠號： 49152～65535，這類埠號僅在客戶端進程運行時才動態選擇。當伺服器收到客戶端進程的報文時，就知道客戶端進程的埠號。因而可以把數據發送給客戶進程。

用戶數據報協議相比於IP的數據報服務就是只增加了復用、分用和差錯檢測功能。UDP的主要特點是：
（1）UDP是無連接的， 發送數據之前不需要建立連接，因此減少開銷和發送數據之前的時延。
（2）UDP使用盡最大努力交付， 即不保證可靠交付，因此主機不需要維持復雜的連接狀態表。
（3）UDP是面向報文的。 發送方的UDP對應用交下來的報文，添加首部後就向下交付給IP層。不對報文做任何處理，因此當報文過長時，IP層可能需要進行分片處理。
（4）UDP沒有擁塞控制， 網路出現的擁塞不會使源主機的發送速率減低。
（5）UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。
（6）UDP的首部開銷小， 只有8個位元組。

UDP有兩個欄位：數據欄位和首部欄位。先介紹首部欄位，它是由4個欄位組成的，每個欄位只有2個位元組，總共有8個位元組。各個欄位的意義如下：
（1）源埠： 源埠號。在需要對方回信時選用。不需要時可用全0。
（2）目的埠： 目的埠號。在這終點交付報文時必須使用。
（3）長度： UDP用戶數據報的長度，其最小值是8（只有首部）。
（4）檢驗和： 檢測UDP用戶數據報在傳輸中是否有錯，有錯則丟棄。

當在傳送用戶數據報時，如果接收方UDP發現收到的報文中目的埠號不正確（即不存在對應於該埠號的應用進程），就丟棄該報文，並由網際控制報文協議ICMP發送「埠不可達」差錯報文給發送方。

TCP的主要特點如下：
（1）TCP是面向連接的運輸層協議。 應用程序在使用TCP協議之前，必須先建立TCP連接。傳送數據完畢後，必須釋放TCP連接。
（2）每一條TCP連接只能有兩個端點。 每一條TCP連接只能是點對點的。
（3）TCP提供可靠交付的服務。 通過TCP連接傳送的數據，無差錯、不丟失、不重復，並且按序到達。
（4）TCP提供全雙工通信。 TCP允許通信雙方的應用進程在任何時候都能發送數據。
（5）面向位元組流。 TCP中的流指的是流入到進程或進程流出的位元組序列。雖然應用程序和TCP的交互是一次一個數據塊，但TCP把應用程序交下來的數據看成一連串的無結構的位元組流。TCP不保證發送方發送的數據塊和接收方接收的數據塊一致，但保證程序接收到的位元組流和程序發送的位元組流一致。

TCP連接的端點叫做套接字或者插口。套接字是指將埠號拼接到IP地址之後，即：

每一條TCP連接唯一的被通信兩端的兩個端點所確定。即：

如圖所示，A發送分組M1，發送完畢就暫停發送，等待B的確認,B收到了M1就向A發死你確認。A在收到了對M1的確認之後，就再發送下一個分組M2，以此類推。

如圖所示，當B接收M1時檢測出了差錯，就丟棄M1，其他什麼也不做。而A只要超過了一段時間沒有收到確認，就會認為剛才發送的分組丟失了，因而重傳前面發送過的分組，這就叫做超時重傳，而實現超時重傳則需要A為每一個已發送的分組都設置一個超時計時器。
需要注意以下三點：
（1）A在發送完一個分組後，必須暫時保留已發送的分組的副本。
（2）分組和確認分組必須編號，這樣才能明確哪一個發出的分組收到了確認。
（3）超時計時器設置的重傳時間應當比數據在分組傳輸的平均往返時間更長。

如圖所示，B所發送的對M1確認丟失了，A在設定的超時重傳時間內沒有收到確認，所以無法知道自己發送的分組是怎樣出錯的，所以會重傳M1，而當B又收到了重傳的分組M1，這時應該採取兩個行動：
（1）丟棄這個重復分組M1。
（2）向A發送確認。

還有一種情況就是在傳輸過程中沒有出現差錯，但B對分組M1的確認遲到了，而A會收到重復的確認，A收下後就會丟棄，B仍然會收到重復的M1，並且同樣要丟棄重復的M1，並且重傳確認分組。

停止等待協議的優點是簡單，缺點則是信道的利用率太低。我們用TD表示A發送分組需要的時間，TA表示B發送確認分組需要的時間，RTT為往返時間，則：

為了提高傳輸的效率，發送方可以不使用低效率的停止等待協議，而是採用流水線傳輸的方式。即不必每發完一個分組就停下來等待對方的確認，這樣就可以使信道上一直有數據在不間斷的傳送。

如圖表示的是發送方維持的發送窗口，它指的是位於發送窗口內的5個分組都可以連續發送出去而不需要等待對方的確認。同時連續ARP協議規定，發送方每收到一個確認，就把發送窗口向前滑動一個分組的位置。

對於接收方採用的則是累計確認的方式，即接收方不必對收到的分組逐個發送確認。而是在收到幾個分組後，對按序到達的最後一個分組發送確認，這就表示：到這個分組為止的所有分組都已正確收到了。這種方式的優點是：容易實現，即使確認丟失也不必重傳（意思是發送方不必重傳）。但缺點是不能向發送方反映出接收方已經正確收到的所有分組信息。

TCP雖然是面向位元組流的，但傳送TCP的數據單元卻是報文段。一個TCP報文段可以分為首部和數據兩部分。

為了後面講述的方便，我們假設數據傳輸只在一個方向進行，即A發送數據，B給出確認。

TCP的滑動窗口是以位元組為單位的。如圖所示，現在假定A收到了B發來的確認報文段，其中的窗口是20位元組，而確認號是31，根據這2個數據，A就構造出自己的發送窗口。

發送窗口表示：在沒有收到B的確認的情況下，A可以連續把窗口內的數據都發送出去。凡是已經發送過的數據，在未收到確認之前都必須暫時保留，以便在超時重傳時使用。發送窗口後面的部分表示已發送且已經收到了確認。而發送窗口前沿的部分表示不允許發送的。

現在假定A發送了序號為31~41的數據。這時發送窗口位置並未改變但是發送窗口內靠後面有11個位元組表示已發送但是未收到確認。而發送窗口內靠前面的9個位元組時允許發送但未發送的。如圖所示：

而對於B，它的接收窗口大小是20，在接收窗口外面到30號位置的數據是接收並確認的，因此可以丟棄。在下圖中，B收到了32和33的數據，但它們不是按序到達的，因為並沒有收到31號數據。B只能對按序達收到的數據中的最高序號給出確認，因此B發送的確認報文欄位的確認號依然是31號。

現在假定B收到了序號為31的數據，並把31～33的數據交付主機，然後B刪除這些數據。接著把窗口向前移動3個序號，同時給a發送確認，其中的窗口值仍為20，但確認號變為34。表明B已經收到序號33為止的數據。

因為TCP的發送方在規定的時間內沒有收到確認就要重傳已經發送的報文段，但是重傳時間的選擇卻TCP最復雜的問題之一。為此TCP採用了一種自適應演算法，它記錄了一個報文段發出的時間以及收到相應的確認的時間。這兩個時間之差就是報文段的往返時間RTT，同時TCP保留了RTT的加權平均往返時間RTTs。而RTTD是RTT的偏差加權平均值，它與RTTs和新的RTT樣本之差有關。

超時重傳時間的演算法如下：
第一次測量時，加權平均往返時間取往返時間RTT，以後每次測量到一個新的RTT，按以下公式計算：

第一次測量時，RTT偏差的加權平均等於RTT的一半，以後的測里中，按以下公式計算：

綜上超時重傳時間RTO計算如下：

若收到的報文無差錯，只是未按序號，使用選擇確認SACK可是讓發送方發送那些未收到的數據，而不重復發送已經收到的那些數據。如果要使用選擇確認SACK，那麼在建立TCP連接時，就要在TCP首部的選項中加上「允許SACK」的選項，並且雙方必須都事先商量好。

流量控制就是指讓發送方的發送速率不要太快，要讓接收方來得及接收。而利用滑動窗口機制就可以很方便的在TCP連接上實現對發送方的流量控制。

如上圖所示，接收方B進行了三次流量控制。第一次把窗口減小到rwnd=300，第二次又減到rwnd=100，最後是rwnd=0，即不允許發送方再發送數據了。

但是我們應該考慮一種情況，就是當接收方B的存儲已滿時，會向發送方發送零窗口的報文段，接著B的存儲又有了一些空間，B再向A發送一個不為零的窗口值，但這個報文丟失了，結果就是雙方一直等待下去。所以為了解決這個問題，TCP為每一個連接設有一個持續計時器。只要TCP連接的一方收到對方的零窗口通知，就啟動持續計時器，當計時器到期後，就發送一個探測段文段，而對方就在確認這個探測段時給出了現在的窗口值。如果窗口仍然是0，那麼收到這個報文段的一方就重新設置持續計時器，反之則死鎖的僵局就可以打破了。

應用程序把數據傳送到TCP的發送緩存後，TCP在何時發送這些數據？，在TCP的實現中廣泛使用了Nagle演算法。具體演算法如下：
（1）若發送應用進程要把數據逐個位元組地送到TCP的發送緩存，則發送方就把第一個數據位元組先發出去，把後面到達的數據位元組都緩存起來。
（2）方發送方收到對第一個數據位元組的確認後，再把發送緩存中的所有數據組裝成一個報文發送出去，同時繼續對後續到來的數據進行緩存。
（3）只有收到對前一個報文段的確認後才繼續發送下一個報文段。

當數據到達快而網路速度慢時，這種方法可以明顯減少網路帶寬。Nagle還規定：當到達的數據達到窗口的一半或最大報文長度時就立即發送一個報文。

但還還需要考慮一個叫做糊塗綜合征的問題，具體內容是若接收方的緩存已滿，應用進程每次只從緩存中取1個位元組，然後向發送方確認，並把窗口設為1個位元組（緩存只空了1個位元組的空間），接著發送方發來1個位元組，接收方發回確認，仍然將窗口設為1，這樣進行下去，網路的利用率很低。

為了解決這個問題，可以讓接收方等待一段時間，使得或者緩存已有足夠的空間或者等到接收緩存已有一半的空閑空間。此時，接收方就發出確認報文，並向發送方通知當前窗口的大小。

擁塞 是指在某一段時間內，若對網路中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網路的性能就會變壞的情況。而所謂的 擁塞控制 就是防止過多的數據注入到網路當中，這樣可以使網路中的路由器或者鏈路不致過載，它是一個全局性的過程，涉及到所有的主機和路由器，而流量控制往往是指點對點通信量的控制。擁塞控制所要做的都有一個前提，就是網路能夠承受現有的網路負荷。

TCP進行擁塞控制的演算法有4種：慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復。下面在討論這些演算法時我們假定：
（1）數據是單方向傳送的，對方只傳送確認報文。
（2）接收方總是有足夠大的緩存空間。

發送方維持一個擁塞窗口的狀態變數，其大小取決於擁塞程度，並且動態變化。發送方讓自己的發送窗口小於擁塞窗口（如果考慮接收方的接收能力的話，發送窗口可能小於擁塞窗口）。發送方控制擁塞窗口的原則是：只要網路沒有擁塞，擁塞窗口就再增大一點，以便把更多的分組發送出去，只要出現擁塞，就減小擁塞窗口，以減少注入到網路的分組數。

下面會從「慢開始演算法」講起來討論擁塞窗口的大小如何變化的。

慢開始的演算法思路是：當主機開始發送數據時，由於並不清楚網路的負荷情況，所以如果立即把大量數據位元組注入到網路中，就有可能引起網路擁塞。因此會採用由小逐漸增大發送窗口。即在通常開始發送報文時，先將擁塞窗口cwnd的值設為一個最大報文段MSS的數值，而在每收到一個新的報文段確認後，把擁塞窗口增加至多一個MSS的數值。

如上圖所示，開始時cwnd=1，發送方發送一個M1，接收方收到M1發送確認，發送方收到一個確認後將cwnd加1，此時cwnd=2，因此發送方發送M2和M3兩個報文段，接收方收到後返回兩個確認，因此cwnd增加兩次，此時cwnd=4，接著發送方發送M4～M7四個報文段。依次類推。因此使用慢開始演算法後，每經過一個傳輸輪次，擁塞窗口就加倍。

但是為了防止擁塞窗口cwnd增加過大導致網路擁塞，需要設置一個慢開始門限ssthresh，慢開始門限用法如下：
當cwnd<ssthresh時，使用上述的慢開始演算法。
當cwnd>ssthresh時，停止使用慢開始演算法，使用擁塞避免演算法。
當cwnd=ssthresh時，既可以使用慢開始演算法，也可以使用擁塞避免演算法。
這里的擁塞避免演算法是指讓擁塞窗口緩慢的增大，即每經過一個往返時間RTT就把發送方的擁塞窗口cwnd加1，而不是像慢開始階段那樣加倍增長。

需要注意的是無論在慢開始階段還是擁塞避免階段，只要發送方判斷網路出現擁塞（根據是沒有按時收到確認），立即把慢開始門限ssthresh設為出現擁塞時的發送窗口的一半。然後發送窗口cwnd重新設為1，執行慢開始演算法。目的是迅速減少主機發送到網路分組的分組數。

快重傳演算法要求接收方每收到一個失序的報文段後就立即發送重復確認，如下圖接收了M1和M2後，又接收到一個M4，M4屬於失序報文，則發送對M2的重復確認。發送方只要連續收到三次確認重復就立即重傳對方未收到的報文段M3。

與快重傳演算法配合的還有快恢復演算法，過程如下：
（1）當發送方連續收到三個重復確認時，就把慢開始門限ssthresh減半，這是為了防止網路擁塞，接著並不執行慢開始演算法。
（2）由於上圖這種情況很可能不是因為網路擁塞引起的，因此這里不執行慢開始演算法（即不把擁塞窗口cwnd設為1，這樣速度太慢），而是把cwnd值設置為慢開始門限ssthresh減半後的數值，然後開始執行擁塞避免演算法。

TCP的運輸連接有是三個階段：連接建立、數據傳送和連接釋放。在TCP的連接過程中要解決以下三個問題：
（1）要使每一方能夠確知對方的存在。
（2）要允許雙方協商一些參數（如最大窗口值、是否使用窗口擴大選項和時間戳選項以及服務質量）。
（3）能夠對運輸實體資源進行分配。

TCP建立連接的過程叫做握手，握手需要在客戶和伺服器之間交換3個TCP報文段。如圖是三報文握手建立的連接過程：

A最後還要發送一次確認的原因是為了防止已經失效的連接請求報文段突然又傳送到了B，因而產生錯誤。試想一種情況：如果只有第一次和第二次握手，第二次B向A發送的確認丟失了，此時B進入了連接建立狀態，A沒有收到確認，過一段時間後會再次向B發送連接請求，B收到後又會再次建立連接，白白浪費B的資源。

A在TIME-WAIT狀態等待2MSL（MSL，最長報文段壽命），主要是因為以下兩點考慮：首先是為了保證A發送的最後一個ACK報文段能夠到達B，因為這個ACK報文段可能丟失，此時B會重傳連接釋放報文，如果A已經關閉，則無法收到這個報文。其次，當A在發送完最後一個ACK報文段後，再經過時間2MSL，就可以使本連接持續時間內產生的所有報文段都從網路中消失。這樣，下一個新連接中不會出現這種舊的連接請求報文段。

在圖中每一個方框即TCP可能具有的狀態。每個方框中的大寫英文字元串時TCP標准所使用的的TCP連接狀態名。狀態之間的箭頭表示可能發生的狀態變遷。箭頭旁邊的字表明引起這種變遷的原因，或表明發生狀態變遷後又出現什麼動作，在圖中粗實線箭頭表示對客戶進程的正常變遷，粗虛線箭頭表示對伺服器進程的正常變遷，細線箭頭表示異常變遷。

㈤ 計算機網路——5.運輸層

1.網路層和運輸層的區別

2.運輸層的作用

3.基於埠的分用和復用功能

3.兩種不同的運輸協議

TCP和UDP：

解決這個問題的方法就是 在運輸層使用協議埠號 。
1.軟體埠和硬體埠：
硬體埠是 不同的硬體設備進行交互 的介面，而軟體埠是應用層的各種協議進程與運輸實體進行層間交互的 一種地址 。

2.TCP/IP運輸層埠

3.兩大類埠

常用的熟知埠 ：

UDP只在IP數據報服務至上困察磨增加了很少一點功能： 復用和分用 ， 差錯檢測(對數據部分) 。
1.UDP的主要特點

計算UDP檢驗和 ：

TCP面向流的概念：

"停止等待"就是 每發送完一個分組就立即停止發送 ， 等待對方確認 之後再發送下一汪斗個分組 (全雙工通信的雙方既是發送方又是接收方) 。
1.無差錯情況

2.出現差錯

3.確認丟失和確認遲到
在沒頃上面說到的接收方B如果收到發送方A發送的分組之後會發送回一個確認。那麼這個確認在發送的過程中也會出現錯誤情況，例如 確認丟失 和 確認遲到 。

自動重傳請求ARQ：

4.信道利用率
停止等待協議的優點是 簡單 ，缺點是 信道利用率太低 。

5.流水線傳輸

發送緩存：

接收緩存：

重傳時間的選擇時TCP最復雜的問題之一，這個時間一般比往返傳播時延稍長一點，並且 往返傳播時延很難確認 ，也就是 往返時延的方差 很大。另外，由於發送方對接收方發來的確認無法分別出到底是第一次發送的的確認還是重傳後的確認，因此往返時延變得很難確定與計算。

當發送方發送數據1,2,4,5，而3在途中丟失的情況下，接收方無法給出數據3的確認，但是數據4,5的確認已經被發送方給接收了。因此在發送方會找不到數據3以數據3後面的數據，會選擇從3開始往後全部重傳，怎麼避免這樣的問題，使得只重傳第3個數據。方法就是： 選擇確認 。

之前說過 發送方發送數據的速度取決於接收方能夠接收的速度 。一旦當發送方的發送速度過快時，接收方就會來不及接收，那麼就可能造成 數據的丟失 ，這個 傳輸就不可靠 了。流量控制就是接收方告訴發送方，你發送的數據太快了我來不及接收。這個時候就要用到 滑動窗口 。

檢測網路的擁塞的指標：

1.概述
TCP 採用 基於窗口 的方法進行 擁塞控制 。TCP發送方維持一個 擁塞窗口CWND (Congestion Window)。

2.控制擁塞窗口的原則
控制擁塞窗口的 原則 就是：只要網路 沒有出現擁塞 ，擁塞窗口就可以增大一點，以便把更多的分組發送出去，這樣就可以提高網路的利用率。但只要 網路出現擁塞 或 有可能出現擁塞 ，就必須把擁塞窗口減小一些，以減少注入到網路中的分組數，以便緩解網路出現的擁塞。
3.擁塞的判斷

4.TCP擁塞控制演算法

慢開始 (slow-start)

擁塞避免 (congestion avoidance)

㈥ 運輸層知識要點——謝希仁《計算機網路》

為了在計算機網路中有條不紊地交換數據，就必須遵守一些事先約定好的規則。這些規則明確規定了所 交換數據的格式 以及有關的 同步 問題。

同步的含義：在一定條件下應當發生什麼事件，因而含有時序的意思。

網路協議：為進行網路中的數據交換而建立的規則、標准或約定。

網路協議由以下三個要素組成：

   1）語法：即數據與控制信息的結構或格式

   2）語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種反應

   3）同步：即事件實現順序的詳細說明

一、運輸層協議的概述

   1.1 進程之間的通信

   1.2 運輸層的兩個主要協議

   1.3 運輸層的埠

二、用戶數據報協議UDP

   2.1 UDP概述

   2.2 UDP的首部格式

三、傳輸控制協議TCP概述

   3.1 TCP的最主要的特點

   3.2 TCP的連接

四、可靠傳輸的工作原理

   4.1 停止等待協議

   4.2 連續ARQ協議

五、TCP報文段的首部格式

六、TCP可靠傳輸的實現

   6.1 以位元組為單位的滑動窗口

   6.2 超時重傳時間的選擇

   6.3 選擇確認SACK

七、TCP的流量控制

   7.1 利用滑動窗口實現流量控制

   7.2 必須考慮傳輸效率

八、TCP的擁塞控制

   8.1 擁塞控制的一般原理

   8.2 幾種擁塞控制方法

   8.3 隨機早期檢測RED

九、TCP的運輸連接管理

   9.1 TCP的連接建立

   9.2 TCP的連接釋放

   9.3 TCP的有限狀態機

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

1.1 進程之間的通信

1.只有主機的協議棧才有運輸層，而網路核心部分中的路由器在轉發分組時都只用到了下三層的功能

2.兩個主機進行通信就是兩個主機中的應用進程互相通信。從運輸層的角度看，通信的真正端點並不是主機而是主機中的進程。（IP協議能把分組送到目的主機）

網路層時為主機之間提供邏輯通信，而運輸層為應用進程之間提供端到端的邏輯通信。

3.運輸層一個重要功能——復用、分用。 （應用進程復用、分用運輸層）

1.2 運輸層的兩個主要協議

1.UDP—User Datagram Protocol 用戶數據報協議（無連接）：DNS/RIP/DHCP/SNMP/NFS

TCP—Transmission Control Protocol 傳輸控制協議（面向連接）：SMTP/TELNET/HTTP/ FTP

1.3 運輸層的埠

問題：為了使運行不同操作系統的計算機的應用進程能夠互相通信，就必須使用統一的方法（而這種方法必須與特定操作系統無關）對TCP/IP體系的應用進程進行標識。

為什麼不用進程號來區分？（第一，不同操作系統的進程標識符不同；第二，用功能來識別，而不是進程，例如郵件服務功能，而不管具體是哪個進程）

解決方案：在運輸層使用協議埠號，即埠。軟體埠是應用層的各種協議進程與運輸實體進行層間交互的一種地址。（埠號只具有本地意義，只是為了標識本計算機應用層中各個進程在和運輸層交互時的層間介面。）

埠分為兩大類：

1）伺服器使用的埠號：熟知埠號或系統埠號（0~1023）；登記埠號（1024~49151）

2）客戶端使用的埠號：49152~65535

2.1 UDP概述

1.UDP只在IP的數據報服務至上增加了很少一點功能，就是復用、分用以及差錯檢測功能

2.特點

   1）無連接

   2）盡最大努力交付

   3）面向報文 （不合並、不拆分、保留這些報文的邊界）

   4）UDP沒有擁塞控制

   5）UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信

   6）UDP的首部開銷小，只有8位元組

應用進程本身可以在不影響應用的實時性的前提下，增加一些提高可靠性的措施，如採用前向糾錯或重傳已丟失的報文。

2.2 UDP的首部格式

1.traceroute 讓發送的UDP用戶數據報故意使用一個非法的UDP埠號，接收方丟棄報文，並由ICMP（網路控制報文協議）發送「埠不可達」差錯報文給發送方。

2.計算檢驗和。IP數據報的校驗和只檢驗IP數據報的首部，但UDP的校驗和是把首部和數據部分一起都檢驗。（12位元組的首部+真正的首部+數據來進行校驗和的計算）

   Q1.為什麼計算校驗和要加12位元組的偽首部

   Q2.計算校驗和的原理是什麼？

3.1 TCP的最主要的特點

1.面向連接的運輸層協議（建立連接、傳輸數據、釋放連接）

2.點對點，每一條TCP連接只能有兩個端點

3.可靠交付（無差錯、不丟失、不重復、並且按序到達）

4.全雙工通信。TCP連接的兩端都設有發送緩存和接收緩存。

5.面向位元組流。（流指的是流入到進程或從進程流出的位元組序列；面向位元組流：TCP把應用程序交下來的數據看成是一連串的無結構位元組流。 接收方的應用程序必須有能力識別接收到的位元組流，把它還原成有意義的應用層數據。 因此TCP可以根據窗口值和當前網路狀況調整發送的報文長度。劃分短一點，或者積累到足夠多再發送出去。）

3.2 TCP的連接

1.TCP把連接作為最基本的抽象。

2.每一條TCP連接有兩個端點。TCP連接的端點叫作套接字。

   套接字soket = （IP地址：埠號）

每一條TCP連接唯一地被通信兩端的兩個端點（即兩個套接字）所確定。

   TCP連接 ::= {socket1, socket2}

理想的傳輸條件有以下兩個特點：

   1）傳輸信道不產生差錯

   2）不管發送方以多快的速度發送數據，接收方總是來得及處理收到的數據

實際的網路並不具備，因此：

   1）出現差錯時，讓發送方重傳

   2）接收方來不及處理時，及時告訴發送方適當降低發送數據的速度

4.1 停止等待協議

1.「停止等待」就是沒發送完一個分組就停止發送，等待對方的確認，在收到確認後再發送下一個分組。

2.超時重傳。在每發完一個分組就設置一個超時計時器，如果在超時計時器之前收到對方的確認，就撤銷已設置的超時計時器。如果未收到，就認為剛才的分組丟失，並重傳。

3.三種情況：A發送的分組出錯、丟失；B發送的確認丟失；B發送的確認遲到

確認丟失：B丟棄重復的分組，向A重傳確認

確認遲到：A丟棄重復的確認，B丟棄重復分組，並向A重傳確認

4.常稱為自動重傳請求ARQ，重傳時自動進行的（超時即重傳）

5.缺點：信道利用率太低

   U=Td/(Td+RTT+Ta)

為了提高傳輸效率，發送方不使用停止等待協議，而是採用流水線傳輸。流水線傳輸就是發送發可連續發送多個分組，不必等每發完一個分組就停頓下來等待對方的確認。（連續ARQ協議和滑動窗口協議）

4.2 連續ARQ協議

1.位於發送窗口內的分組都可連續發送出去，而不需要等待對方的確認。

2.累積確認：接收方不必對收到的分組逐個發送確認，而是在收到幾個分組後，對按序到達的最後一個分組發送確認。

3.缺點：Go-back-N （發送前5個分組，第3個分組丟失，後面三個要重傳）

1.源埠和目的埠

2.序號。 每個位元組都按順序編號。

3.確認號。 期望收到對方下一個報文段的第一個數據位元組的序號。

若確認號=N，則表明：到序號N-1為止的所有數據都已正確收到。

4.數據偏移。 指出TCP報文段的數據起始處距離TCP報文段的起始處有多遠（也即TCP報文段首部長度）。由於首部中還有長度不確定的選項欄位，因此數據偏移欄位是必要的。

5.窗口。窗口欄位明確指出了現在允許對方發送的數據量。窗口值是經常在動態變化著。

6.1 以位元組為單位的滑動窗口

1.發送緩存用來暫存：

   1）發送應用程序傳送給發送方TCP准備發送的數據；

   2）TCP已發送但未收到確認德爾數據

2.接收緩存用來存放：

   1）按序到達的、但尚未被接收應收程序讀取的數據；

   2）未按序到達的數據

3.注意三點：

   1）A的發送窗口是根據B的接收窗口設置的，但是在同一時刻，由於網路傳輸的滯後，A的發送窗口並不總是B的接收窗口一樣大

   2）TCP通常對不按序到達的數據是先臨時存放在接收窗口中，等到位元組流中所缺少的位元組收到後，再按序交付上層的應用進程

   3）TCP接收方有累計確認功能（不能過分推遲發送確認，否則會導致發送方不必要的重傳）

6.2 超時重傳時間的選擇

1.超時重傳時間設置太短，會引起很多不必要的重傳；如果設置太長，使網路的空閑時間增大，降低傳輸效率。

2.新的RTTs = (1-a)x(舊的RTTs) + ax（新的RTT樣本），其中RTT樣本的時間為：記錄一個報文段發出的時間，以及收到相應的確認時間，時間差就是報文段的往返時間RTT。

3.RTO = RTTs + 4 x RTTd，其中RTO為超時重傳時間，RTTd是RTT的偏差的加權平均值。

新的RTTd = (1-b) x （舊的RTTd）+ b x |RTTs - 新的RTT樣本|

4.一個問題：發送一個報文段，設定的重傳時間到了，還沒有收到確認。於是重傳報文段。經過一段時間，收到了確認報文段。現在的問題是：如何判定此確認報文段是對先發送的報文段的確認，還是對後來重傳的報文段的確認？

1）解決方法1，在計算加權平均值RTTs時，只要報文段重傳了，就不採用其往返時間樣本。

引入的問題：報文段的時延突然增大的情況

2）解決方法2，報文段每重傳一次，就把超時重傳時間RTO增大一些（一般是2倍）。當不在發生報文段的重傳時，再根據加權平均計算。

6.3 選擇確認SACK

SACK文檔並沒有指明發送發應當怎樣響應SACK。因此大多數的實現還是重傳所有未被確認的數據塊。

7.1 利用滑動窗口實現流量控制

1.流量控制：就是讓發送方的發送速率不要太快，要讓接收方來得及接收。

2.利用滑動窗口機制可很方便地在TCP連接上實現對發送方的流量控制。發送方的發送窗口不能超過接收方給出的接收窗口的數值。

3.死鎖情況：B向A發送了零窗口的報文段後不久，B又有了一些緩存空間，因此B向A發送rwnd = 400.然而該報文段在傳送過程中丟失。A一直等待B發送的非零窗口的通知，B也一直等待A發送的數據。（ 窗口通知不超時重傳？為什麼？ ）

解決方法：TCP為每個連接設有一個持續計時器。只要一方收到對方的零窗口通知，就啟動計時器。計時器到期後，發送一個零窗口探測報文段，而對方就在確認這個探測報文段時給出了現在的窗口值。若仍為零，收到報文段的一方重新設置持續計時器。

7.2 必須考慮傳輸效率

1.應用程序把數據傳送到TCP的發送緩存後，剩下的發送任務就由TCP來控制了。

2.三種不同的機制來控制TCP報文段的發送時機：

   1）TCP維持一個變數，它等於最大報文段長度MSS，只要緩存中的存放的數據達到MSS，就組裝成一個TCP報文段發送出去

   2）由發送方的應用進程指明要求發送報文段，即TCP支持推送操作

   3）發送方設置一個定時器

3.問題一、若用戶只發送一個位元組，則非常浪費帶寬。

解決方法：若發送應用程序把要發送的數據逐個位元組地送到TCP的發送緩存，則發送方就把第一個數據位元組先發送出去，把後面到達的數據位元組都緩存起來。當發送方收到對第一個數據字元的確認後，再把發送緩存中的所有數據組裝成一個報文段發送出去。（採用收到確認就發送+並開始緩存的方式；同時當到達的數據已達到發送窗口大小的一半或已達到報文段的最大長度時，就立即發送一個報文段。）

4.問題二、糊塗窗口綜合症。接收緩存已滿，應用程序一次只讀取一個位元組，然後向發送方發送確認。

解決方法：讓接收方等待一段時間，使得接收緩存已有足夠空間容納一個最長的報文段，或者等到接收緩存已有一半空閑的空間。則接收方就發出確認報文。

8.1 擁塞控制的一般原理

1.擁塞的定義：對資源的需求 > 可用資源。 在計算機網路中的鏈路帶寬、交換結點中的緩存和處理機等，都是網路中的資源。

2.擁塞解決不能靠解決某一個部分的問題。因為這會將瓶頸轉移到其他地方。問題的實質往往是整個系統的各個部分不匹配。只有所有部分都平衡了，問題才會得到解決。

3.擁塞控制與流量控制的比較。

   1）擁塞控制：防止過多的數據注入到網路中，這樣可以使網路中的路由器或鏈路不致過載。

   擁塞控制有個前提：網路能夠承受現有的網路負荷

   擁塞控制是一個全局性過程。（發送擁塞時，不知道在某處、什麼原因造成的）

   2）流量控制：點對點通信量的控制，是個端到端的問題

   流量控制：抑制發送端發送數據的速率，以便使接收端來得及接收。

4.尋找擁塞控制的方案無非就是使不等式 「對資源的需求 > 可用資源 」不再成立的條件。但是必須考慮該措施帶來的其他影響。

5.計算機網路是個復雜的系統。從控制理論的角度來看擁塞控制，可以分為開環控制和閉環控制兩種方法。

   1）開環控制：設計網路時事先將有關發生擁塞的因素考慮周到，力求網路在工作時不產生擁塞。但一旦系統運行起來，就不再中途改正。

   2）閉環控制：基於反饋環路。

   步驟一、監測網路系統以便檢測到擁塞在何時、何處發生；

   步驟二、把擁塞發生的信息傳送到可採取行動的地方

   步驟三、調整網路系統的運行以解決出現的問題

8.2 幾種擁塞控制方法（只考慮網路擁塞程度，即假設接收方總是有足夠大的緩存空間）

1.慢開始和擁塞避免

1）發送方維持一個擁塞窗口。

   擁塞窗口的大小取決於網路的擁塞程度，並且動態地在變化。

   控制擁塞窗口的原則是：只要網路沒有出現擁塞，擁塞窗口增大；如果網路出現擁塞，則減小。

2）慢開始的思路：由小到大逐漸增大擁塞窗口數值。每收到一個對新的報文段的確認，把擁塞窗口增加至多一個MSS的數值。（沒經過一個傳輸輪次，擁塞窗口cwnd就加倍）

輪次：把擁塞窗口所允許發送的報文段都連續發送出去，並收到了對已發送的最後一位元組的確認。

慢開始的「慢」並不是指cwnd的增長速率慢，而是指TCP開始發送報文段時先設置cwnd=1（一個MSS數值）。

3）慢開始門限ssthresh

   為防止擁塞窗口增長過大，引入一個慢開始門限ssthresh。

   當cwnd < ssthresh時，使用上述的慢開始演算法

   當cwnd > ssthresh時，停止使用慢開始演算法而改用擁塞避免演算法

4）擁塞避免演算法

思路：讓擁塞窗口cwnd緩慢增大，即沒經過一個往返時間RTT就把發送方的擁塞窗口cwnd增加1，而不是加倍。

5）慢開始門限的設置

只要發送方判斷網路出現擁塞（沒有按時收到確認），就把慢開始門限ssthresh設置為出現擁塞時發送方窗口值的一半，然後把擁塞窗口cwnd重置為1，執行慢開始演算法。

6）乘法減小和加法增大

乘法減小：網路出現擁塞時，把慢開始門限ssthresh減半（當前的ssthresh的一半），並執行慢開始演算法。

加法增大：執行擁塞避免方法

2.快重傳和快恢復

1）快重傳（盡快重傳未被確認的報文段）

首先，要求接收方每收到一個失序的報文段後就立即發出重復確認。（如接收方收到了M1和M2後都分別發出了確認，但接收方沒有收到M3但接著收到了M4。此時接收方立即發送對M2的重復確認。）

其次，發送方只要一連收到三個重復確認，就應當立即重傳對方尚未收到的報文段M3.

2）快恢復

要點一、當發送方連續收到三個重復確認，就執行「乘法減小」演算法，把慢開始門限ssthresh減半。

要點二、由於發送方認為網路很可能沒有發生擁塞（因為收到了連續的重復確認），把cwnd設置為慢開始門限ssthresh減半後的值，然後開始執行擁塞避免演算法

慢開始演算法只在TCP連接建立時和網路出現超時才使用。

3.發送方的窗口

發送方窗口的上限值 = Min [rwnd, cwnd]

8.3 隨機早期檢測RED（IP層影響TCP層的擁塞控制）

1.網路層的分組丟棄策略

網路層的策略對TCP擁塞控制影響最大的就是路由器的分組丟棄策略。

如果路由器隊列已滿，則後續到達的分組將都被丟棄。這就叫做尾部丟棄策略。

2.全局同步

由於TCP復用IP，若發生路由器中的尾部丟棄，就可能會同時影響到很多條TCP連接，結果就使許多TCP連接在同一時間突然都進入到慢開始狀態。全局同步使得全網的通信量突然下降了很多，網路恢復正常後，其通信量又突然增大很多。

3.隨機早期檢測RED

使路由器的隊列維持兩個參數，即隊列長度最小門限THmin和最大門限THmax。當每一個分組到達時，RED就先計算平均隊列長度Lav。RED演算法是：

1）若平均隊列長度小於最小門限THmin，則把新到達的分組放入隊列進行排隊

2）若平均隊列長度超過最大門限THmax，則把新到達的分組丟棄

3）若平均隊列長度在最小門限THmin和最大門限THmax之間，則按照某一概率p將新到達的分組丟棄。

隨機體現在3），在檢測到網路擁塞的早期徵兆時（即路由器的平均隊列長度超過一定的門限值時），就先以概率p隨機丟棄個別的分組，讓擁塞控制只在個別的TCP連接上進行，因而避免發生全局性的擁塞控制。

4.平均隊列長度Lav和分組丟棄概率p

Lav = (1-d) x (舊的Lav) +d x (當前的隊列長度樣本)

p = ptemp / (1- count x ptemp)

ptemp = pmax x (Lav - THmin) / (THmax - THmin)

TCP時面向連接的協議。

運輸連接就有三個階段：連接建立、數據傳送和連接釋放

運輸連接的管理：使運輸連接的建立和釋放都能正常地進行。

在TCP連接建立過程中要解決以下三個問題：

   1）要使每一方能夠確知對方的存在

   2）要允許雙方協商一些參數（如最大窗口值、是否使用窗口擴大選項和時間戳等等）

   3）能夠對運輸實體資源（如緩存大小、連接表中的項目等）進行分配

9.1 TCP的連接建立

1.TCP規定，SYN=1報文段不能攜帶數據，但消耗一個序號

2.TCP規定，ACK=1報文段可以攜帶數據，如果不攜帶數據則不消耗序號

3.為什麼A還要發送一次確認？為了防止已失效的連接請求報文突然又傳送到B，因而產生錯誤。

「已失效的連接請求報文段」

A發出第一個連接請求報文段，在網路中滯留超時，又發出了第二個連接請求。但B收到第一個延遲的失效的連接請求報文段後，就誤認為是A又發出了一次新的連接請求。於是就向A發出確認報文段，同意建立連接。假定不採用三次握手，那麼只要B發出確認，新的連接就建立。此時A不會理睬B的確認，也不會發數據，但B一直等A發送數據，B的許多資源就浪費了。

採用三次握手，A不會向B發送確認，因此B就知道A並沒有要求建立確認。

9.2 TCP的連接釋放

1.TCP規定，FIN報文段基石不攜帶數據，也消耗一個序號

2.第二次握手後，TCP通知高層應用程序，因而從A到B這個方向的連接就釋放，TCP連接處於半關閉狀態

3.為什麼A在TIME-WAIT狀態必須等待2MSL的時間

  1）為了保證A發送的最後一個ACK報文段能夠到達B。因為ACK可能丟失，此時B可能會超時重傳，然後A重傳確認，並重新啟動2MSL計時器

  2）防止「已失效的連接請求報文段」出現在本連接中。可以使本連接持續時間內所產生的所有報文段都從網路中消失。

9.3 TCP的有限狀態機

㈦ 計算機網路為什麼運輸層是必不可少的

傳輸層是OSI中最重要, 最關鍵的一層,是唯一負責總體的數據傳輸和數據控制傳輸層的一層.傳輸層提供端到端的交換數據的機制.傳輸層對會話層等高三層提供可靠的傳輸服務,對網路層提供可靠的目的地站點信息。

傳輸層提供了主機應用程序進程之間的端到端的服務，基本功能如下
(1) 分割與重組數據
(2) 按埠號定址
(3) 連接管理
(4) 差錯控制和流量控制,糾錯的功能
傳輸層要向會話層提供通信服務的可靠性，避免報文的出錯、丟失、延遲時間紊亂、重復、亂序等差錯。