架构师之路（十六）计算机网络（传输层）

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#计算机网络

于 2024-01-24 15:35:22 首次发布

前置知识（了解）：计算机基础。

作为架构师，我们所设计的系统很少为单机系统，因此有必要了解计算机和计算机之间是怎么联系的。局域网的集群和混合云的网络有啥区别。系统交互的时候网络会存在什么瓶颈。

既然网络层已经能把源主机上发出的数据传送给目的主机,那么为什么还需要加上一个传输层呢?这就需要我们理解主机用户应用层通信的主体，位于两台网络主机中真正的数据通信主体并不是这两台主机，而是两台主机中的各种网络应用进程。同一时间一台主机上可能有多个进程同时运行，这时候就需要为应用程序提供一个标识，那就是端口.而传输层就是为了提供这种端到端的服务而存在的.

端口分为知名端口和动态端口。有些网络服务会使用固定的端口，这类端口称为知名端口，端口号范围为0~1023。比如：FTP，HTTP，Telnet，SNMP服务均使用知名端口。

动态端口范围1024~65535，这些端口号一般不会固定分配给某个服务，也就是说许多服务都可以使用这些端口。只要运行的程序向系统提出访问网络的申请，那么系统就可以从这些端口号中分配一个供该程序使用。

运输层是只有主机才有的层次，传输层使用网络层的服务为应用层提供通信服务。传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）

UDP协议

UDP是一种面向无连接的传输层协议，传输可靠性没有保证。udp只在ip数据报服务之上增加了很少功能，即复用分用和差错检测功能

udp的主要特点

1.udp是无连接的，减少开销和发送数据之前的时延

2.udp使用最大努力交付，即不保证可靠交付

3.udp是面向报文的，适合一次性传输少量数据的网络应用

4.udp无拥塞控制，适合很多实时应用

5.udp首部开销小，8B，tcp20B

主机A发送数据包时，这些数据包是以有序的方式发送到网络中的，每个数据包独立地在网络中被发送，所以不同的数据包可能会通过不同的网路径叨叨主机B。这样的情况下，先发送的数据包不一定先到达主机B。因为UDP数据包没有序号，主机B将无法通过UDP协议将数据包按照原来的顺序重新组合，所以此时需要应用程序提供报文的到达确认，排序和流量控制等功能（也就是说UDP报文的到达确认，排序和流量控制是应用程序来确定的）。通常情况下，UDP采用实时传输机制和时间戳来传输语音和视频数据。

TCP协议

TCP是一种面向连接的端到端协议。TCP作为传输控制协议，可以为主机提供可靠的数据传输。TCP需要依赖网络协议为主机提供可用的传输路径。TCP允许一个主机同事运行多个应用进程。每台主机可以拥有多个应用端口，每对端口号，源和目标IP地址的组合唯一地标识了一个会话。

可靠传输

ARQ协议，即自动重传请求（Automatic Repeat-reQuest），是OSI模型中数据链路层和传输层的错误纠正协议之一。它通过使用确认和超时这两个机制，在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输。如果发送方在发送后一段时间之内没有收到确认帧，它通常会重新发送。 ARQ包括停止等待ARQ协议和连续ARQ协议，拥有错误检测（Error Detection）、正面确认（Positive Acknowledgment）、超时重传（Retransmission after Timeout）和负面确认及重传（Negative Acknowledgment and Retransmission）等机制。

由于停止等待ARQ协议信道利用率太低，所以需要使用连续ARQ协议来进行改善。这个协议会连续发送一组数据包，然后再等待这些数据包的ACK。发送方采用流水线传输。流水线传输就是发送方可以连续发送多个分组，不必每发完一个分组就停下来等待对方确认。如下图所示：