计算机网络系统学习精华总结（三）：传输层——1

       操作系统中单机进程通信主要有两种方式：共享内存和Unix套接字。而现实中常见的网络通信都是多机、跨平台、跨设备，那么实现这样的网络通信，实际上是不同主机中进程与进程之间的通信。使用端口来标记每台主机上的进程（port，使用16bits来显示，0——65535）。了解了这些我们进入传输层的学习，传输层主要负责管理端到端的连接，某一个主机的进程与另一个主机的进程之间的连接。传输层一般学习两个协议，UDP和TCP。

     （1）UDP（User Datagram Protocol）协议，用户数据报协议

        数据报：应用层传的数据，不合并、不拆分。UDP协议位于IP数据报的数据部分。

          UDP数据由UDP头部和UDP数据报数据组成。UDP头部信息如下：

                        

          UDP特点：1)  UDP是无连接协议（无需提前建立连接）；2) UDP不能保证可靠的交付数据（无法保证数据不丢失不出错）； 3)  UDP是面向报文传输的（不会对来自应用层的报文进行任何处理）；4) UDP没有拥塞控制；5）UDP首部开销很小（包含的信息少）。

       （2）TCP（Transmission Control Protocol）协议，传输控制协议

         TCP协议同样是位于IP数据报数据中，分为TCP头部和TCP数据报数据。TCP协议的特点：1) TCP是有连接的协议； 2）TCP协议提供可靠的传输服务； 3）TCP连接有两端（点对点通信）；4）TCP协议提供全双工通信； 5）TCP面向字节流的协议（可能会按字节流合并、分析数据）。

         TCP头部信息如下：

        

          源端口：发送方的进程端口；    目的端口：接收方的进程端口；

          32位序号：0-2^32-1,数据一个字节有一个序号，这里表示的是数据首字节序号；

          32位确认号：表示自己期望收到的数据的首字节序号。若确认号为N，则表示前N-1序号的数据接收到了。

          4位数据偏移：数据偏离首部的长度，范围是0-15，单位是32位字（4字节），即可退出TCP首部最大长度60字节。

          TCP标记：URG：紧急位，为1时表示紧急数据；    ACK：确认位，为1时，确认号才有效；   PSH：推送位，为1时表示尽快把数据交付给应用层； RST：为1时表示重新建立连接；   SYN：同步位，为1时，表示连接请求报文（TCP三次握手时）；  FIN：结束位，为1时表示释放连接（TCP四次挥手时）。 

          窗口：指明允许对方发送的数据量；

          紧急指针：紧急数据（URG=1），指定紧急数据在报文的位置；

          TCP选项：最多40字节（因为头部至少20字节，5行至少20字节）

          TCP可靠传输的基本原理：停止等待协议和连续ARQ协议。

          停止等待协议：发送方发送一个消息，必须收到接收方的回应才发送第二个消息，期间处于等待状态，其中还设置了超时定时器（确认发送的消息什么时候过期），超过特定时间没收到回应，就会重新发送该消息，即超时重传机制。停止等待协议是最基础的可靠传输协议，但很显然对于信道的利用率太低。因此出现了连续ARQ协议。

 

            连续ARQ（Automatic Repeat Request）协议，自动重传请求协议：基于滑动窗口实现的，设窗口大小为n，一次发送n个字节数据，然后收到前m个数据的回应则向前移动窗口。采用累积确认的方式：收到k的确认信息，则表示1-n-1的确认信息都收到了。如果中间有没有收到确认信息的，该窗口中的数据从头开始全部重传，或者选择重传，选择需要重传的字节重传。TCP的可靠传输机制依赖于连续ARQ协议和选择重传机制。

 

           TCP协议的流量控制（企业常用）：让发送方的速率不要太快，流量控制使用滑动窗口实现，通过窗口告知发送方当前通道最大容量为多少。当发送方接收到可用窗口为0的消息时，启动坚持定时器，每隔一段时间发送一个窗口探测报文（看窗口是否扩大可以传输数据了），防止发生接收方发送窗口大小时数据丢失而引发死锁的情况。

           本篇内容先介绍到这里，下期将介绍TCP协议的拥塞控制、三次握手、四次挥手过程。以及套接字与域套接字编程的相关内容。（本文所有图片来源于网络，如有侵权，请联系我删除）