计算机网络运输层工作模式

㈠ 计算机网络中五层协议它们分别的主要功能是什么它们具体分别是在哪里（从硬件层面上谈）实现的

1，物理层；其主要功能是：主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据。

2、数据链路层；其主要功能是：主要负责在通信的实体间建立数据链路连接。

3、网络层；其主要功能是：要负责创建逻辑链路，以及实现数据包的分片和重组，实现拥塞控制、网络互连等功能。

4、传输层；其主要功能是：负责向用户提供端到端的通信服务，实现流量控制以及差错控制。

5、应用层；其主要功能是：为应用程序提供了网络服务。

物理层和数据链路层是由计算机硬件（如网卡）实现的，网络层和传输层由操作系统软件实现，而应用层由应用程序或用户创建实现。

(1)计算机网络运输层工作模式扩展阅读：

应用层是体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。这里的进程就是指正在运行的程序。

应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换
和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。应用层直接为用户的应用进程提供服务。

传输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信。因特网的传输层可使用两种不同协议：即面向连接的传输控制协议TCP，和无连接的用户数据报协议UDP。

面向连接的服务能够提供可靠的交付，但无连接服务则不保证提供可靠的交付，它只是“尽最大努力交付”。这两种服务方式都很有用，备有其优缺点。在分组交换网内的各个交换结点机都没有传输层。

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在发送数据时，网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。

在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主
机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

㈡ 网络七层都有什么

7.应用层:主要是为应用软件担供接口唑面使行就用程序能够使用网络服务.
6.表示屋:1>数据的解码和编码;2>数据的加密和解密;3>数据的压缩和解压.
5.会话层:为了协调不同主机就用程序发出的业务请求和答应.
4.传输层:1>保证数据可靠传输;2>通过端口号区分上层服务.
3.网络层:1>为了网络设备提供逻辑地址;2>负现数据从源泉端发送到目地端;3>负责数据传输的寻径和转发.
2.链路层:1>数据链路层保证物理层和数据可靠的传输;2>提供对等网络层的服务和传输的帆数据;3>介质访问子层和逻辑链路控制子层.
1.物理层:1>接口和某物理特性位的表示;2>传输数率;3>线路配置:设备与煤体的连接;4>物理拓扑;5>传输模式

㈢ 计算机网络——TCP/UDP协议

计算机网络七层模型中，传输层有两个重要的协议：
（1）用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)
（2）传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)

UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下UDP 却是一种最有效的工作方式。

TCP 则提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP 不提供广播或多播服务。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，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等。

UDP 的主要特点是：

首部手段很简单，只有8 个字节，由四个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。

前面已经讲过，每条TCP 连接有两个端点，TCP 连接的端点叫做套接字（socket）或插口。套接字格式如下：

套接宁socket= (IP 地址：端口号’）

每一条TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接宇）所确定。即：
TCP 连接＝ {socket1, socket2} = {(IP1: port1), (IP2: port2)}

3次握手链接

4次握手释放链接

断开连接请求可以由客户端发出，也可以由服务器端发出，在这里我们称A端向B端请求断开连接。

各个状态节点解释如下：

下面为了讨论问题的万便，我们仅考虑A发送数据而B 接收数据并发送确认。因此A 叫做发送方，而B 叫做接收方。

“停止等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。

使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。像上述的这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest）。意思是重传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组。

滑动窗口协议比较复杂，是TCP 协议的精髓所在。这里先给出连续ARQ 协议最基本的概念，但不涉提到许多细节问题。详细的滑动窗口协议将在后面讨论。

下图表示发送方维持的发送窗口，它的意义是：位于发送窗口内的5 个分组都可连续发送出去，而不需要等待对方的确认。这样，信道利用率就提高了。

连续ARQ 协议规定，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。

接收方一般都是采用 累积确认 的方式。这就是说，接收方不必对收到的分组逐个发送确认，而是可以在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认，这样就表示：到这个分组为止的所有分组都己正确收到了。

累积确认 的优点是容易实现，即使确认丢失也不必重传。但缺点是不能向发送方反映出接收方己经正确收到的所有分组的信息。

例如，如果发送方发送了前5 个分组，而中间的第3 个分组丢失了。这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落，而只好把后面的三个分组都再重传一次。这就叫做Go-back-N （回退N ），表示需要再退回来重传己发送过的N 个分组。可见当通信线路质量不好时，连续ARQ 协议会带来负面的影响。

TCP 的滑动窗口是以字节为单位的。现假定A 收到了B 发来的确认报文段，其中窗口是20 （字节），而确认号是31 （这表明B 期望收到的下一个序号是31 ，而序号30 为止的数据己经收到了）。根据这两个数据， A 就构造出自己的发送窗口，其位置如图所示。

发送窗口表示：在没有收到B 的确认的情况下， A可以连续把窗口内的数据都发送出去。凡是己经发送过的数据，在未收到确认之前都必须暂时保留，以便在超时重传时使用。

发送窗口后沿的后面部分表示己发送且己收到了确认。这些数据显然不需要再保留了。而发送窗口前沿的前面部分表示不允许发送的，因为接收方都没有为这部分数据保留临时存放的缓存空间。

现在假定A 发送了序号为31 ～ 41 的数据。这时发送窗口位置并未改变，但发送窗口内靠后面有11个字节（灰色小方框表示）表示己发送但未收到确认。而发送窗口内靠前面的9 个字节（ 42 ～ 50 ）是允许发送但尚未发送的。】

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 号为止的数据是已经发送过确认，并且己经交付给主机了。因此在B 可以不再保留这些数据。接收窗口内的序号（31～50）足允许接收的。B 收到了序号为32 和33 的数据，这些数据没有按序到达，因为序号为31 的数据没有收到（也许丢失了，也许滞留在网络中的某处）。 请注意， B 只能对按序收到的数据中的最高序号给出确认，因此B 发送的确认报文段中的确认号仍然是31 （即期望收到的序号）。

现在假定B 收到了序号为31 的数据，并把序号为31～33的数据交付给主机，然后B删除这些数据。接着把接收窗口向前移动3个序号，同时给A 发送确认，其中窗口值仍为20，但确认号是34，这表明B 已经收到了到序号33 为止的数据。我们注意到，B还收到了序号为37, 38 和40 的数据，但这些都没有按序到达，只能先存在接收窗口。A收到B的确认后，就可以把发送窗口向前滑动3个序号，指针P2 不动。可以看出，现在A 的可用窗口增大了，可发送的序号范围是42～53。整个过程如下图：

A 在继续发送完序号42-53的数据后，指针P2向前移动和P3重合。发送窗口内的序号都已用完，但还没有再收到确认。由于A 的发送窗口己满，可用窗口己减小到0，因此必须停止发送。

上面已经讲到， TCP 的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段。这种重传的概念是很简单的，但重传时间的选择却是TCP 最复杂的问题之一。

TCP采用了一种自适应算法 ，它记录一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时间RTT，TCP 保留了RTT的一个加权平均往返时间RTTs （这又称为平滑的往返时间， S 表示Smoothed 。因为进行的是加权平均，因此得出的结果更加平滑）。每当第一次测量到RTT样本时， RTTs值就取为所测量到的RTT样本值。但以后每测量到一个新的RTT样本，就按下式重新计算一次RTTs:

新的RTTs = (1 － α）×（旧的RTTs) ＋ α ×（新的RTT样本）

α 越大表示新的RTTs受新的RTT样本的影响越大。推荐的α 值为0.125，用这种方法得出的加权平均往返时间RTTs 就比测量出的RTT值更加平滑。

显然，超时计时器设置的超时重传时间RTO (RetransmissionTime-Out）应略大于上面得出的加权平均往返时间RTTs。RFC 2988 建议使用下式计算RTO:

RTO = RTTs + 4 × RTTd

RTTd是RTT 的偏差的加权平均值，它与RTTs和新的RTT样本之差有关。计算公式如下：

新的RTTd= (1- β）×（旧的RTTd) + β × |RTTs－新的RTT样本|

发现问题： 如图所示，发送出一个报文段。设定的重传时间到了，还没有收到确认。于是重
传报文段。经过了一段时间后，收到了确认报文段。现在的问题是：如何判定此确认报文段是对先发送的报文段的确认，还是对后来重传的报文段的确认？

若收到的确认是对重传报文段的确认，但却被源主机当成是对原来的报文段的确认，则这样计算出的RTTs 和超时重传时间RTO 就会偏大。若后面再发送的报文段又是经过重传后才收到确认报文段，则按此方法得出的超时重传时间RTO 就越来越长。

若收到的确认是对原来的报文段的确认，但被当成是对重传报文段的确认，则由此计算出的RTTs 和RTO 都会偏小。这就必然导致报文段过多地重传。这样就有可能使RTO 越来越短。

Kam 提出了一个算法：在计算加权平均RTTs 时，只要报文段重传了就不采用其往返时间样本。这样得出的加权平均RTTs 和RTO 就较准确。

新问题： 设想出现这样的情况：报文段的时延突然增大了很多。因此在原来得出的重传时间内，不会收到确认报文段。于是就重传报文段。但根据Kam 算法，不考虑重传的报文段的往返时间样本。这样，超时重传时间就无法更新。

解决方案： 对Kam 算法进行修正，方法是z报文段每重传一次，就把超时重传时间RTO 增大一些。典型的做法是取新的重传时间为2 倍的旧的重传时间。当不再发生报文段的重传时，才根据上面给出的公式计算超时重传时间。

流量控制（flow control）就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。

利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP 连接上实现对发送方的流量控制。

接收方的主机B 进行了三次流量控制。第一次把窗口减小到rwnd =300，第二次又减到rwnd = 100 ，最后减到rwnd = 0 ，即不允许发送方再发送数据了。这种使发送方暂停发送的状态将持续到主机B 重新发出一个新的窗口值为止。我们还应注意到，B 向A 发送的三个报文段都设置了ACK=1，只有在ACK=1 时确认号字段才有意义。

发生死锁： 现在我们考虑一种情况。上图中， B 向A 发送了零窗口的报文段后不久， B 的接收缓存又有了一些存储空间。于是B 向A 发送了rwnd = 400 的报文段。然而这个报文段在传送过程中丢失了。A 一直等待收到B 发送的非零窗口的通知，而B 也一直等待A 发送的数据。如果没有其他措施，这种互相等待的死锁局面将一直延续下去。

解决方案： TCP 为每一个连接设有一个 持续计时器（persistence timer） 。只要TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器。若持续计时器设置的时间到期，就发送一个 零窗口探测报文段 （仅携带1 宇节的数据），而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。

1 TCP连接时是三次握手，那么两次握手可行吗？

在《计算机网络》中是这样解释的：已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下：client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送ACK包。这样就会白白浪费资源。而经过三次握手，客户端和服务器都有应有答，这样可以确保TCP正确连接。

2 为什么TCP连接是三次，挥手确是四次？

在TCP连接中，服务器端的SYN和ACK向客户端发送是一次性发送的，而在断开连接的过程中，B端向A端发送的ACK和FIN是是分两次发送的。因为在B端接收到A端的FIN后，B端可能还有数据要传输，所以先发送ACK，等B端处理完自己的事情后就可以发送FIN断开连接了。

3 为什么在第四次挥手后会有2个MSL的延时？

MSL是Maximum Segment Lifetime，最大报文段生存时间，2个MSL是报文段发送和接收的最长时间。假定网络不可靠，那么第四次发送的ACK可能丢失，即B端无法收到这个ACK，如果B端收不到这个确认ACK，B端会定时向A端重复发送FIN，直到B端收到A的确认ACK。所以这个2MSL就是用来处理这个可能丢失的ACK的。

1 文件传送协议

文件传送协议FTP (File Transfer Protocol) [RFC 959］是因特网上使用得最广泛的文件传送协议，底层采用TCP协议。

盯P 使用客户服务器方式。一个FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP的服务器进程由两大部分组成：一个主进程，负责接受新的请求：另外有若干个从属进程，负责处理单个请求。

在进行文件传输时，客户和服务器之间要建立两个并行的TCP 连接：“控制连接”（21端口）和“数据连接”（22端口）。控制连接在整个会话期间一直保持打开， FTP 客户所发出的传送请求，通过控制连接发送给服务器端的控制进程，但控制连接并不用来传送文件。实际用于传输文件的是“数据连接”。服务器端的控制进程在接收到FTP 客户发送来的文件传输请求后就创建“数据传送进程”和“数据连接”，用来连接客户端和服务器端的数据传送进程。

2 简单文件传送协议TFTP

TCP/IP 协议族中还有一个简单文件传送协议TFfP (Trivial File Transfer Protocol），它是一个很小且易于实现的文件传送协议，端口号69。

TFfP 也使用客户服务器方式，但它使用UDP 数据报，因此TFfP 需要有自己的差错改正措施。TFfP 只支持文件传输而不支持交耳。

3 TELNET

TELNET 是一个简单的远程终端协议，底层采用TCP协议。TELNET 也使用客户服务器方式。在本地系统运行TELNET 客户进程，而在远地主机则运行TELNET 服务器进程，占用端口23。

4 邮件传输协议

一个电子邮件系统应具如图所示的三个主要组成构件，这就是用户代理、邮件服务器，以及邮件发送协议（如SMTP ）和邮件读取协议（如POP3)， POP3 是邮局协议（Post Office Protocol）的版本3 。

SMTP 和POP3 （或IMAP ）都是在TCP 连接的上面传送邮件，使用TCP 的目的是为了使邮件的传送成为可靠的。

㈣ 计算机网络(5)| 运输层

从通信和处理信息的角度看，运输层是向它上面的应用层提供通信服务的，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。当网络的边缘部分中的两台主机使用网络的核心部分的功能进行端到端的通信时，只有主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能。

运输层的两个主要协议 TCP/IP 都是互联网的正式标准，即：
（1）用户数据报协议UDP
（2）传输控制协议TCP

TCP则是面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或者多播服务。由于TCP要提供可靠的面向连接的运输服务，因此需要增加很多的开销。

TCP/IP的运输层用一个16位端口号来标志一个端口。端口号只有本地意义。它是为了标志本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口。

运输层的端口号分为以下两类：
（1）服务器端使用的端口号： 它主要分为系统端口号0～1023和登记端口号1024～49151。

（2）客户端使用的端口号： 49152～65535，这类端口号仅在客户端进程运行时才动态选择。当服务器收到客户端进程的报文时，就知道客户端进程的端口号。因而可以把数据发送给客户进程。

用户数据报协议相比于IP的数据报服务就是只增加了复用、分用和差错检测功能。UDP的主要特点是：
（1）UDP是无连接的， 发送数据之前不需要建立连接，因此减少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是面向报文的。 发送方的UDP对应用交下来的报文，添加首部后就向下交付给IP层。不对报文做任何处理，因此当报文过长时，IP层可能需要进行分片处理。
（4）UDP没有拥塞控制， 网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率减低。
（5）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
（6）UDP的首部开销小， 只有8个字节。

UDP有两个字段：数据字段和首部字段。先介绍首部字段，它是由4个字段组成的，每个字段只有2个字节，总共有8个字节。各个字段的意义如下：
（1）源端口： 源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。
（2）目的端口： 目的端口号。在这终点交付报文时必须使用。
（3）长度： UDP用户数据报的长度，其最小值是8（只有首部）。
（4）检验和： 检测UDP用户数据报在传输中是否有错，有错则丢弃。

当在传送用户数据报时，如果接收方UDP发现收到的报文中目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方。

TCP的主要特点如下：
（1）TCP是面向连接的运输层协议。 应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。传送数据完毕后，必须释放TCP连接。
（2）每一条TCP连接只能有两个端点。 每一条TCP连接只能是点对点的。
（3）TCP提供可靠交付的服务。 通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，并且按序到达。
（4）TCP提供全双工通信。 TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。
（5）面向字节流。 TCP中的流指的是流入到进程或进程流出的字节序列。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一连串的无结构的字节流。TCP不保证发送方发送的数据块和接收方接收的数据块一致，但保证程序接收到的字节流和程序发送的字节流一致。

TCP连接的端点叫做套接字或者插口。套接字是指将端口号拼接到IP地址之后，即：

每一条TCP连接唯一的被通信两端的两个端点所确定。即：

如图所示，A发送分组M1，发送完毕就暂停发送，等待B的确认,B收到了M1就向A发死你确认。A在收到了对M1的确认之后，就再发送下一个分组M2，以此类推。

如图所示，当B接收M1时检测出了差错，就丢弃M1，其他什么也不做。而A只要超过了一段时间没有收到确认，就会认为刚才发送的分组丢失了，因而重传前面发送过的分组，这就叫做超时重传，而实现超时重传则需要A为每一个已发送的分组都设置一个超时计时器。
需要注意以下三点：
（1）A在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。
（2）分组和确认分组必须编号，这样才能明确哪一个发出的分组收到了确认。
（3）超时计时器设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长。

如图所示，B所发送的对M1确认丢失了，A在设定的超时重传时间内没有收到确认，所以无法知道自己发送的分组是怎样出错的，所以会重传M1，而当B又收到了重传的分组M1，这时应该采取两个行动：
（1）丢弃这个重复分组M1。
（2）向A发送确认。

还有一种情况就是在传输过程中没有出现差错，但B对分组M1的确认迟到了，而A会收到重复的确认，A收下后就会丢弃，B仍然会收到重复的M1，并且同样要丢弃重复的M1，并且重传确认分组。

停止等待协议的优点是简单，缺点则是信道的利用率太低。我们用TD表示A发送分组需要的时间，TA表示B发送确认分组需要的时间，RTT为往返时间，则：

为了提高传输的效率，发送方可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用流水线传输的方式。即不必每发完一个分组就停下来等待对方的确认，这样就可以使信道上一直有数据在不间断的传送。

如图表示的是发送方维持的发送窗口，它指的是位于发送窗口内的5个分组都可以连续发送出去而不需要等待对方的确认。同时连续ARP协议规定，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。

对于接收方采用的则是累计确认的方式，即接收方不必对收到的分组逐个发送确认。而是在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认，这就表示：到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。这种方式的优点是：容易实现，即使确认丢失也不必重传（意思是发送方不必重传）。但缺点是不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组信息。

TCP虽然是面向字节流的，但传送TCP的数据单元却是报文段。一个TCP报文段可以分为首部和数据两部分。

为了后面讲述的方便，我们假设数据传输只在一个方向进行，即A发送数据，B给出确认。

TCP的滑动窗口是以字节为单位的。如图所示，现在假定A收到了B发来的确认报文段，其中的窗口是20字节，而确认号是31，根据这2个数据，A就构造出自己的发送窗口。

发送窗口表示：在没有收到B的确认的情况下，A可以连续把窗口内的数据都发送出去。凡是已经发送过的数据，在未收到确认之前都必须暂时保留，以便在超时重传时使用。发送窗口后面的部分表示已发送且已经收到了确认。而发送窗口前沿的部分表示不允许发送的。

现在假定A发送了序号为31~41的数据。这时发送窗口位置并未改变但是发送窗口内靠后面有11个字节表示已发送但是未收到确认。而发送窗口内靠前面的9个字节时允许发送但未发送的。如图所示：

而对于B，它的接收窗口大小是20，在接收窗口外面到30号位置的数据是接收并确认的，因此可以丢弃。在下图中，B收到了32和33的数据，但它们不是按序到达的，因为并没有收到31号数据。B只能对按序达收到的数据中的最高序号给出确认，因此B发送的确认报文字段的确认号依然是31号。

现在假定B收到了序号为31的数据，并把31～33的数据交付主机，然后B删除这些数据。接着把窗口向前移动3个序号，同时给a发送确认，其中的窗口值仍为20，但确认号变为34。表明B已经收到序号33为止的数据。

因为TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已经发送的报文段，但是重传时间的选择却TCP最复杂的问题之一。为此TCP采用了一种自适应算法，它记录了一个报文段发出的时间以及收到相应的确认的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时间RTT，同时TCP保留了RTT的加权平均往返时间RTTs。而RTTD是RTT的偏差加权平均值，它与RTTs和新的RTT样本之差有关。

超时重传时间的算法如下：
第一次测量时，加权平均往返时间取往返时间RTT，以后每次测量到一个新的RTT，按以下公式计算：

第一次测量时，RTT偏差的加权平均等于RTT的一半，以后的测里中，按以下公式计算：

综上超时重传时间RTO计算如下：

若收到的报文无差错，只是未按序号，使用选择确认SACK可是让发送方发送那些未收到的数据，而不重复发送已经收到的那些数据。如果要使用选择确认SACK，那么在建立TCP连接时，就要在TCP首部的选项中加上“允许SACK”的选项，并且双方必须都事先商量好。

流量控制就是指让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。而利用滑动窗口机制就可以很方便的在TCP连接上实现对发送方的流量控制。

如上图所示，接收方B进行了三次流量控制。第一次把窗口减小到rwnd=300，第二次又减到rwnd=100，最后是rwnd=0，即不允许发送方再发送数据了。

但是我们应该考虑一种情况，就是当接收方B的存储已满时，会向发送方发送零窗口的报文段，接着B的存储又有了一些空间，B再向A发送一个不为零的窗口值，但这个报文丢失了，结果就是双方一直等待下去。所以为了解决这个问题，TCP为每一个连接设有一个持续计时器。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，当计时器到期后，就发送一个探测段文段，而对方就在确认这个探测段时给出了现在的窗口值。如果窗口仍然是0，那么收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器，反之则死锁的僵局就可以打破了。

应用程序把数据传送到TCP的发送缓存后，TCP在何时发送这些数据？，在TCP的实现中广泛使用了Nagle算法。具体算法如下：
（1）若发送应用进程要把数据逐个字节地送到TCP的发送缓存，则发送方就把第一个数据字节先发出去，把后面到达的数据字节都缓存起来。
（2）方发送方收到对第一个数据字节的确认后，再把发送缓存中的所有数据组装成一个报文发送出去，同时继续对后续到来的数据进行缓存。
（3）只有收到对前一个报文段的确认后才继续发送下一个报文段。

当数据到达快而网络速度慢时，这种方法可以明显减少网络带宽。Nagle还规定：当到达的数据达到窗口的一半或最大报文长度时就立即发送一个报文。

但还还需要考虑一个叫做糊涂综合征的问题，具体内容是若接收方的缓存已满，应用进程每次只从缓存中取1个字节，然后向发送方确认，并把窗口设为1个字节（缓存只空了1个字节的空间），接着发送方发来1个字节，接收方发回确认，仍然将窗口设为1，这样进行下去，网络的利用率很低。

为了解决这个问题，可以让接收方等待一段时间，使得或者缓存已有足够的空间或者等到接收缓存已有一半的空闲空间。此时，接收方就发出确认报文，并向发送方通知当前窗口的大小。

拥塞 是指在某一段时间内，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就会变坏的情况。而所谓的 拥塞控制 就是防止过多的数据注入到网络当中，这样可以使网络中的路由器或者链路不致过载，它是一个全局性的过程，涉及到所有的主机和路由器，而流量控制往往是指点对点通信量的控制。拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。

TCP进行拥塞控制的算法有4种：慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复。下面在讨论这些算法时我们假定：
（1）数据是单方向传送的，对方只传送确认报文。
（2）接收方总是有足够大的缓存空间。

发送方维持一个拥塞窗口的状态变量，其大小取决于拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口小于拥塞窗口（如果考虑接收方的接收能力的话，发送窗口可能小于拥塞窗口）。发送方控制拥塞窗口的原则是：只要网络没有拥塞，拥塞窗口就再增大一点，以便把更多的分组发送出去，只要出现拥塞，就减小拥塞窗口，以减少注入到网络的分组数。

下面会从“慢开始算法”讲起来讨论拥塞窗口的大小如何变化的。

慢开始的算法思路是：当主机开始发送数据时，由于并不清楚网络的负荷情况，所以如果立即把大量数据字节注入到网络中，就有可能引起网络拥塞。因此会采用由小逐渐增大发送窗口。即在通常开始发送报文时，先将拥塞窗口cwnd的值设为一个最大报文段MSS的数值，而在每收到一个新的报文段确认后，把拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。

如上图所示，开始时cwnd=1，发送方发送一个M1，接收方收到M1发送确认，发送方收到一个确认后将cwnd加1，此时cwnd=2，因此发送方发送M2和M3两个报文段，接收方收到后返回两个确认，因此cwnd增加两次，此时cwnd=4，接着发送方发送M4～M7四个报文段。依次类推。因此使用慢开始算法后，每经过一个传输轮次，拥塞窗口就加倍。

但是为了防止拥塞窗口cwnd增加过大导致网络拥塞，需要设置一个慢开始门限ssthresh，慢开始门限用法如下：
当cwnd<ssthresh时，使用上述的慢开始算法。
当cwnd>ssthresh时，停止使用慢开始算法，使用拥塞避免算法。
当cwnd=ssthresh时，既可以使用慢开始算法，也可以使用拥塞避免算法。
这里的拥塞避免算法是指让拥塞窗口缓慢的增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是像慢开始阶段那样加倍增长。

需要注意的是无论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（根据是没有按时收到确认），立即把慢开始门限ssthresh设为出现拥塞时的发送窗口的一半。然后发送窗口cwnd重新设为1，执行慢开始算法。目的是迅速减少主机发送到网络分组的分组数。

快重传算法要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发送重复确认，如下图接收了M1和M2后，又接收到一个M4，M4属于失序报文，则发送对M2的重复确认。发送方只要连续收到三次确认重复就立即重传对方未收到的报文段M3。

与快重传算法配合的还有快恢复算法，过程如下：
（1）当发送方连续收到三个重复确认时，就把慢开始门限ssthresh减半，这是为了防止网络拥塞，接着并不执行慢开始算法。
（2）由于上图这种情况很可能不是因为网络拥塞引起的，因此这里不执行慢开始算法（即不把拥塞窗口cwnd设为1，这样速度太慢），而是把cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法。

TCP的运输连接有是三个阶段：连接建立、数据传送和连接释放。在TCP的连接过程中要解决以下三个问题：
（1）要使每一方能够确知对方的存在。
（2）要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量）。
（3）能够对运输实体资源进行分配。

TCP建立连接的过程叫做握手，握手需要在客户和服务器之间交换3个TCP报文段。如图是三报文握手建立的连接过程：

A最后还要发送一次确认的原因是为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。试想一种情况：如果只有第一次和第二次握手，第二次B向A发送的确认丢失了，此时B进入了连接建立状态，A没有收到确认，过一段时间后会再次向B发送连接请求，B收到后又会再次建立连接，白白浪费B的资源。

A在TIME-WAIT状态等待2MSL（MSL，最长报文段寿命），主要是因为以下两点考虑：首先是为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B，因为这个ACK报文段可能丢失，此时B会重传连接释放报文，如果A已经关闭，则无法收到这个报文。其次，当A在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，就可以使本连接持续时间内产生的所有报文段都从网络中消失。这样，下一个新连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

在图中每一个方框即TCP可能具有的状态。每个方框中的大写英文字符串时TCP标准所使用的的TCP连接状态名。状态之间的箭头表示可能发生的状态变迁。箭头旁边的字表明引起这种变迁的原因，或表明发生状态变迁后又出现什么动作，在图中粗实线箭头表示对客户进程的正常变迁，粗虚线箭头表示对服务器进程的正常变迁，细线箭头表示异常变迁。

㈤ 计算机网络——5.运输层

1.网络层和运输层的区别

2.运输层的作用

3.基于端口的分用和复用功能

3.两种不同的运输协议

TCP和UDP：

解决这个问题的方法就是 在运输层使用协议端口号 。
1.软件端口和硬件端口：
硬件端口是 不同的硬件设备进行交互 的接口，而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的 一种地址 。

2.TCP/IP运输层端口

3.两大类端口

常用的熟知端口 ：

UDP只在IP数据报服务至上困察磨增加了很少一点功能： 复用和分用 ， 差错检测(对数据部分) 。
1.UDP的主要特点

计算UDP检验和 ：

TCP面向流的概念：

"停止等待"就是 每发送完一个分组就立即停止发送 ， 等待对方确认 之后再发送下一汪斗个分组 (全双工通信的双方既是发送方又是接收方) 。
1.无差错情况

2.出现差错

3.确认丢失和确认迟到
在没顷上面说到的接收方B如果收到发送方A发送的分组之后会发送回一个确认。那么这个确认在发送的过程中也会出现错误情况，例如 确认丢失 和 确认迟到 。

自动重传请求ARQ：

4.信道利用率
停止等待协议的优点是 简单 ，缺点是 信道利用率太低 。

5.流水线传输

发送缓存：

接收缓存：

重传时间的选择时TCP最复杂的问题之一，这个时间一般比往返传播时延稍长一点，并且 往返传播时延很难确认 ，也就是 往返时延的方差 很大。另外，由于发送方对接收方发来的确认无法分别出到底是第一次发送的的确认还是重传后的确认，因此往返时延变得很难确定与计算。

当发送方发送数据1,2,4,5，而3在途中丢失的情况下，接收方无法给出数据3的确认，但是数据4,5的确认已经被发送方给接收了。因此在发送方会找不到数据3以数据3后面的数据，会选择从3开始往后全部重传，怎么避免这样的问题，使得只重传第3个数据。方法就是： 选择确认 。

之前说过 发送方发送数据的速度取决于接收方能够接收的速度 。一旦当发送方的发送速度过快时，接收方就会来不及接收，那么就可能造成 数据的丢失 ，这个 传输就不可靠 了。流量控制就是接收方告诉发送方，你发送的数据太快了我来不及接收。这个时候就要用到 滑动窗口 。

检测网络的拥塞的指标：

1.概述
TCP 采用 基于窗口 的方法进行 拥塞控制 。TCP发送方维持一个 拥塞窗口CWND (Congestion Window)。

2.控制拥塞窗口的原则
控制拥塞窗口的 原则 就是：只要网络 没有出现拥塞 ，拥塞窗口就可以增大一点，以便把更多的分组发送出去，这样就可以提高网络的利用率。但只要 网络出现拥塞 或 有可能出现拥塞 ，就必须把拥塞窗口减小一些，以减少注入到网络中的分组数，以便缓解网络出现的拥塞。
3.拥塞的判断

4.TCP拥塞控制算法

慢开始 (slow-start)

拥塞避免 (congestion avoidance)

㈥ 运输层知识要点——谢希仁《计算机网络》

为了在计算机网络中有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所 交换数据的格式 以及有关的 同步 问题。

同步的含义：在一定条件下应当发生什么事件，因而含有时序的意思。

网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

网络协议由以下三个要素组成：

   1）语法：即数据与控制信息的结构或格式

   2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种反应

   3）同步：即事件实现顺序的详细说明

一、运输层协议的概述

   1.1 进程之间的通信

   1.2 运输层的两个主要协议

   1.3 运输层的端口

二、用户数据报协议UDP

   2.1 UDP概述

   2.2 UDP的首部格式

三、传输控制协议TCP概述

   3.1 TCP的最主要的特点

   3.2 TCP的连接

四、可靠传输的工作原理

   4.1 停止等待协议

   4.2 连续ARQ协议

五、TCP报文段的首部格式

六、TCP可靠传输的实现

   6.1 以字节为单位的滑动窗口

   6.2 超时重传时间的选择

   6.3 选择确认SACK

七、TCP的流量控制

   7.1 利用滑动窗口实现流量控制

   7.2 必须考虑传输效率

八、TCP的拥塞控制

   8.1 拥塞控制的一般原理

   8.2 几种拥塞控制方法

   8.3 随机早期检测RED

九、TCP的运输连接管理

   9.1 TCP的连接建立

   9.2 TCP的连接释放

   9.3 TCP的有限状态机

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1.1 进程之间的通信

1.只有主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到了下三层的功能

2.两个主机进行通信就是两个主机中的应用进程互相通信。从运输层的角度看，通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程。（IP协议能把分组送到目的主机）

网络层时为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

3.运输层一个重要功能——复用、分用。 （应用进程复用、分用运输层）

1.2 运输层的两个主要协议

1.UDP—User Datagram Protocol 用户数据报协议（无连接）：DNS/RIP/DHCP/SNMP/NFS

TCP—Transmission Control Protocol 传输控制协议（面向连接）：SMTP/TELNET/HTTP/ FTP

1.3 运输层的端口

问题：为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信，就必须使用统一的方法（而这种方法必须与特定操作系统无关）对TCP/IP体系的应用进程进行标识。

为什么不用进程号来区分？（第一，不同操作系统的进程标识符不同；第二，用功能来识别，而不是进程，例如邮件服务功能，而不管具体是哪个进程）

解决方案：在运输层使用协议端口号，即端口。软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。（端口号只具有本地意义，只是为了标识本计算机应用层中各个进程在和运输层交互时的层间接口。）

端口分为两大类：

1）服务器使用的端口号：熟知端口号或系统端口号（0~1023）；登记端口号（1024~49151）

2）客户端使用的端口号：49152~65535

2.1 UDP概述

1.UDP只在IP的数据报服务至上增加了很少一点功能，就是复用、分用以及差错检测功能

2.特点

   1）无连接

   2）尽最大努力交付

   3）面向报文 （不合并、不拆分、保留这些报文的边界）

   4）UDP没有拥塞控制

   5）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

   6）UDP的首部开销小，只有8字节

应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下，增加一些提高可靠性的措施，如采用前向纠错或重传已丢失的报文。

2.2 UDP的首部格式

1.traceroute 让发送的UDP用户数据报故意使用一个非法的UDP端口号，接收方丢弃报文，并由ICMP（网络控制报文协议）发送“端口不可达”差错报文给发送方。

2.计算检验和。IP数据报的校验和只检验IP数据报的首部，但UDP的校验和是把首部和数据部分一起都检验。（12字节的首部+真正的首部+数据来进行校验和的计算）

   Q1.为什么计算校验和要加12字节的伪首部

   Q2.计算校验和的原理是什么？

3.1 TCP的最主要的特点

1.面向连接的运输层协议（建立连接、传输数据、释放连接）

2.点对点，每一条TCP连接只能有两个端点

3.可靠交付（无差错、不丢失、不重复、并且按序到达）

4.全双工通信。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存。

5.面向字节流。（流指的是流入到进程或从进程流出的字节序列；面向字节流：TCP把应用程序交下来的数据看成是一连串的无结构字节流。 接收方的应用程序必须有能力识别接收到的字节流，把它还原成有意义的应用层数据。 因此TCP可以根据窗口值和当前网络状况调整发送的报文长度。划分短一点，或者积累到足够多再发送出去。）

3.2 TCP的连接

1.TCP把连接作为最基本的抽象。

2.每一条TCP连接有两个端点。TCP连接的端点叫作套接字。

   套接字soket = （IP地址：端口号）

每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。

   TCP连接 ::= {socket1, socket2}

理想的传输条件有以下两个特点：

   1）传输信道不产生差错

   2）不管发送方以多快的速度发送数据，接收方总是来得及处理收到的数据

实际的网络并不具备，因此：

   1）出现差错时，让发送方重传

   2）接收方来不及处理时，及时告诉发送方适当降低发送数据的速度

4.1 停止等待协议

1.“停止等待”就是没发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个分组。

2.超时重传。在每发完一个分组就设置一个超时计时器，如果在超时计时器之前收到对方的确认，就撤销已设置的超时计时器。如果未收到，就认为刚才的分组丢失，并重传。

3.三种情况：A发送的分组出错、丢失；B发送的确认丢失；B发送的确认迟到

确认丢失：B丢弃重复的分组，向A重传确认

确认迟到：A丢弃重复的确认，B丢弃重复分组，并向A重传确认

4.常称为自动重传请求ARQ，重传时自动进行的（超时即重传）

5.缺点：信道利用率太低

   U=Td/(Td+RTT+Ta)

为了提高传输效率，发送方不使用停止等待协议，而是采用流水线传输。流水线传输就是发送发可连续发送多个分组，不必等每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。（连续ARQ协议和滑动窗口协议）

4.2 连续ARQ协议

1.位于发送窗口内的分组都可连续发送出去，而不需要等待对方的确认。

2.累积确认：接收方不必对收到的分组逐个发送确认，而是在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认。

3.缺点：Go-back-N （发送前5个分组，第3个分组丢失，后面三个要重传）

1.源端口和目的端口

2.序号。 每个字节都按顺序编号。

3.确认号。 期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。

若确认号=N，则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。

4.数据偏移。 指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远（也即TCP报文段首部长度）。由于首部中还有长度不确定的选项字段，因此数据偏移字段是必要的。

5.窗口。窗口字段明确指出了现在允许对方发送的数据量。窗口值是经常在动态变化着。

6.1 以字节为单位的滑动窗口

1.发送缓存用来暂存：

   1）发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据；

   2）TCP已发送但未收到确认德尔数据

2.接收缓存用来存放：

   1）按序到达的、但尚未被接收应收程序读取的数据；

   2）未按序到达的数据

3.注意三点：

   1）A的发送窗口是根据B的接收窗口设置的，但是在同一时刻，由于网络传输的滞后，A的发送窗口并不总是B的接收窗口一样大

   2）TCP通常对不按序到达的数据是先临时存放在接收窗口中，等到字节流中所缺少的字节收到后，再按序交付上层的应用进程

   3）TCP接收方有累计确认功能（不能过分推迟发送确认，否则会导致发送方不必要的重传）

6.2 超时重传时间的选择

1.超时重传时间设置太短，会引起很多不必要的重传；如果设置太长，使网络的空闲时间增大，降低传输效率。

2.新的RTTs = (1-a)x(旧的RTTs) + ax（新的RTT样本），其中RTT样本的时间为：记录一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认时间，时间差就是报文段的往返时间RTT。

3.RTO = RTTs + 4 x RTTd，其中RTO为超时重传时间，RTTd是RTT的偏差的加权平均值。

新的RTTd = (1-b) x （旧的RTTd）+ b x |RTTs - 新的RTT样本|

4.一个问题：发送一个报文段，设定的重传时间到了，还没有收到确认。于是重传报文段。经过一段时间，收到了确认报文段。现在的问题是：如何判定此确认报文段是对先发送的报文段的确认，还是对后来重传的报文段的确认？

1）解决方法1，在计算加权平均值RTTs时，只要报文段重传了，就不采用其往返时间样本。

引入的问题：报文段的时延突然增大的情况

2）解决方法2，报文段每重传一次，就把超时重传时间RTO增大一些（一般是2倍）。当不在发生报文段的重传时，再根据加权平均计算。

6.3 选择确认SACK

SACK文档并没有指明发送发应当怎样响应SACK。因此大多数的实现还是重传所有未被确认的数据块。

7.1 利用滑动窗口实现流量控制

1.流量控制：就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。

2.利用滑动窗口机制可很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制。发送方的发送窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值。

3.死锁情况：B向A发送了零窗口的报文段后不久，B又有了一些缓存空间，因此B向A发送rwnd = 400.然而该报文段在传送过程中丢失。A一直等待B发送的非零窗口的通知，B也一直等待A发送的数据。（ 窗口通知不超时重传？为什么？ ）

解决方法：TCP为每个连接设有一个持续计时器。只要一方收到对方的零窗口通知，就启动计时器。计时器到期后，发送一个零窗口探测报文段，而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。若仍为零，收到报文段的一方重新设置持续计时器。

7.2 必须考虑传输效率

1.应用程序把数据传送到TCP的发送缓存后，剩下的发送任务就由TCP来控制了。

2.三种不同的机制来控制TCP报文段的发送时机：

   1）TCP维持一个变量，它等于最大报文段长度MSS，只要缓存中的存放的数据达到MSS，就组装成一个TCP报文段发送出去

   2）由发送方的应用进程指明要求发送报文段，即TCP支持推送操作

   3）发送方设置一个定时器

3.问题一、若用户只发送一个字节，则非常浪费带宽。

解决方法：若发送应用程序把要发送的数据逐个字节地送到TCP的发送缓存，则发送方就把第一个数据字节先发送出去，把后面到达的数据字节都缓存起来。当发送方收到对第一个数据字符的确认后，再把发送缓存中的所有数据组装成一个报文段发送出去。（采用收到确认就发送+并开始缓存的方式；同时当到达的数据已达到发送窗口大小的一半或已达到报文段的最大长度时，就立即发送一个报文段。）

4.问题二、糊涂窗口综合症。接收缓存已满，应用程序一次只读取一个字节，然后向发送方发送确认。

解决方法：让接收方等待一段时间，使得接收缓存已有足够空间容纳一个最长的报文段，或者等到接收缓存已有一半空闲的空间。则接收方就发出确认报文。

8.1 拥塞控制的一般原理

1.拥塞的定义：对资源的需求 > 可用资源。 在计算机网络中的链路带宽、交换结点中的缓存和处理机等，都是网络中的资源。

2.拥塞解决不能靠解决某一个部分的问题。因为这会将瓶颈转移到其他地方。问题的实质往往是整个系统的各个部分不匹配。只有所有部分都平衡了，问题才会得到解决。

3.拥塞控制与流量控制的比较。

   1）拥塞控制：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致过载。

   拥塞控制有个前提：网络能够承受现有的网络负荷

   拥塞控制是一个全局性过程。（发送拥塞时，不知道在某处、什么原因造成的）

   2）流量控制：点对点通信量的控制，是个端到端的问题

   流量控制：抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。

4.寻找拥塞控制的方案无非就是使不等式 “对资源的需求 > 可用资源 ”不再成立的条件。但是必须考虑该措施带来的其他影响。

5.计算机网络是个复杂的系统。从控制理论的角度来看拥塞控制，可以分为开环控制和闭环控制两种方法。

   1）开环控制：设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。但一旦系统运行起来，就不再中途改正。

   2）闭环控制：基于反馈环路。

   步骤一、监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生；

   步骤二、把拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方

   步骤三、调整网络系统的运行以解决出现的问题

8.2 几种拥塞控制方法（只考虑网络拥塞程度，即假设接收方总是有足够大的缓存空间）

1.慢开始和拥塞避免

1）发送方维持一个拥塞窗口。

   拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。

   控制拥塞窗口的原则是：只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口增大；如果网络出现拥塞，则减小。

2）慢开始的思路：由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。每收到一个对新的报文段的确认，把拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。（没经过一个传输轮次，拥塞窗口cwnd就加倍）

轮次：把拥塞窗口所允许发送的报文段都连续发送出去，并收到了对已发送的最后一字节的确认。

慢开始的“慢”并不是指cwnd的增长速率慢，而是指TCP开始发送报文段时先设置cwnd=1（一个MSS数值）。

3）慢开始门限ssthresh

   为防止拥塞窗口增长过大，引入一个慢开始门限ssthresh。

   当cwnd < ssthresh时，使用上述的慢开始算法

   当cwnd > ssthresh时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法

4）拥塞避免算法

思路：让拥塞窗口cwnd缓慢增大，即没经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd增加1，而不是加倍。

5）慢开始门限的设置

只要发送方判断网络出现拥塞（没有按时收到确认），就把慢开始门限ssthresh设置为出现拥塞时发送方窗口值的一半，然后把拥塞窗口cwnd重置为1，执行慢开始算法。

6）乘法减小和加法增大

乘法减小：网络出现拥塞时，把慢开始门限ssthresh减半（当前的ssthresh的一半），并执行慢开始算法。

加法增大：执行拥塞避免方法

2.快重传和快恢复

1）快重传（尽快重传未被确认的报文段）

首先，要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认。（如接收方收到了M1和M2后都分别发出了确认，但接收方没有收到M3但接着收到了M4。此时接收方立即发送对M2的重复确认。）

其次，发送方只要一连收到三个重复确认，就应当立即重传对方尚未收到的报文段M3.

2）快恢复

要点一、当发送方连续收到三个重复确认，就执行“乘法减小”算法，把慢开始门限ssthresh减半。

要点二、由于发送方认为网络很可能没有发生拥塞（因为收到了连续的重复确认），把cwnd设置为慢开始门限ssthresh减半后的值，然后开始执行拥塞避免算法

慢开始算法只在TCP连接建立时和网络出现超时才使用。

3.发送方的窗口

发送方窗口的上限值 = Min [rwnd, cwnd]

8.3 随机早期检测RED（IP层影响TCP层的拥塞控制）

1.网络层的分组丢弃策略

网络层的策略对TCP拥塞控制影响最大的就是路由器的分组丢弃策略。

如果路由器队列已满，则后续到达的分组将都被丢弃。这就叫做尾部丢弃策略。

2.全局同步

由于TCP复用IP，若发生路由器中的尾部丢弃，就可能会同时影响到很多条TCP连接，结果就使许多TCP连接在同一时间突然都进入到慢开始状态。全局同步使得全网的通信量突然下降了很多，网络恢复正常后，其通信量又突然增大很多。

3.随机早期检测RED

使路由器的队列维持两个参数，即队列长度最小门限THmin和最大门限THmax。当每一个分组到达时，RED就先计算平均队列长度Lav。RED算法是：

1）若平均队列长度小于最小门限THmin，则把新到达的分组放入队列进行排队

2）若平均队列长度超过最大门限THmax，则把新到达的分组丢弃

3）若平均队列长度在最小门限THmin和最大门限THmax之间，则按照某一概率p将新到达的分组丢弃。

随机体现在3），在检测到网络拥塞的早期征兆时（即路由器的平均队列长度超过一定的门限值时），就先以概率p随机丢弃个别的分组，让拥塞控制只在个别的TCP连接上进行，因而避免发生全局性的拥塞控制。

4.平均队列长度Lav和分组丢弃概率p

Lav = (1-d) x (旧的Lav) +d x (当前的队列长度样本)

p = ptemp / (1- count x ptemp)

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

TCP时面向连接的协议。

运输连接就有三个阶段：连接建立、数据传送和连接释放

运输连接的管理：使运输连接的建立和释放都能正常地进行。

在TCP连接建立过程中要解决以下三个问题：

   1）要使每一方能够确知对方的存在

   2）要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳等等）

   3）能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配

9.1 TCP的连接建立

1.TCP规定，SYN=1报文段不能携带数据，但消耗一个序号

2.TCP规定，ACK=1报文段可以携带数据，如果不携带数据则不消耗序号

3.为什么A还要发送一次确认？为了防止已失效的连接请求报文突然又传送到B，因而产生错误。

“已失效的连接请求报文段”

A发出第一个连接请求报文段，在网络中滞留超时，又发出了第二个连接请求。但B收到第一个延迟的失效的连接请求报文段后，就误认为是A又发出了一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立。此时A不会理睬B的确认，也不会发数据，但B一直等A发送数据，B的许多资源就浪费了。

采用三次握手，A不会向B发送确认，因此B就知道A并没有要求建立确认。

9.2 TCP的连接释放

1.TCP规定，FIN报文段基石不携带数据，也消耗一个序号

2.第二次握手后，TCP通知高层应用程序，因而从A到B这个方向的连接就释放，TCP连接处于半关闭状态

3.为什么A在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间

  1）为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B。因为ACK可能丢失，此时B可能会超时重传，然后A重传确认，并重新启动2MSL计时器

  2）防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。可以使本连接持续时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。

9.3 TCP的有限状态机

㈦ 计算机网络为什么运输层是必不可少的

传输层是OSI中最重要, 最关键的一层,是唯一负责总体的数据传输和数据控制传输层的一层.传输层提供端到端的交换数据的机制.传输层对会话层等高三层提供可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息。

传输层提供了主机应用程序进程之间的端到端的服务，基本功能如下
(1) 分割与重组数据
(2) 按端口号寻址
(3) 连接管理
(4) 差错控制和流量控制,纠错的功能
传输层要向会话层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。