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计算机网络总结之运输层

简介: 五,运输层 (1),基本术语 进程(process): 指计算机中正在运行的程序实体 应用进程互相通信: 一台主机的进程和另一台主机中的一个进程交换数据的过程(另外注意通信真正的端点不是主机而是主机中的进程,也就是说端到端的通信是应用进程之间的通信) 传输层的复用与分用: 复用指发送方不同的进程都可以通过统一个运输层协议传送数据。
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五,运输层

(1),基本术语

进程(process):

指计算机中正在运行的程序实体

应用进程互相通信:

一台主机的进程和另一台主机中的一个进程交换数据的过程(另外注意通信真正的端点不是主机而是主机中的进程,也就是说端到端的通信是应用进程之间的通信)

传输层的复用与分用:

复用指发送方不同的进程都可以通过统一个运输层协议传送数据。分用指接收方的运输层在剥去报文的首部后能把这些数据正确的交付到目的应用进程。

TCP(Transmission Control Protocol):

传输控制协议

UDP(User Datagram Protocol):

用户数据报协议

端口(port)(link):

端口的目的是为了确认对方机器是那个进程在于自己进行交互,比如MSN和QQ的端口不同,如果没有端口就可能出现QQ进程和MSN交互错误。端口又称协议端口号。

停止等待协议(link):

指发送方每发送完一个分组就停止发送,等待对方确认,在收到确认之后在发送下一个分组。

流量控制(link):

就是让发送方的发送速率不要太快,既要让接收方来得及接收,也不要使网络发生拥塞。

拥塞控制(link):

就是让发送方的发送速率不要太快,既要让接收方来得及接收,也不要使网络发生拥塞。

(2),运输层重要知识点总结

1,运输层提供应用进程之间的逻辑通信,也就是说,运输层之间的通信并不是真正在两个运输层之间直接传输数据。运输层向应用层屏蔽了下面网络的细节(如网络拓补,所采用的路由选择协议等),它使应用进程之间看起来好像两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

2,网络层为主机提供逻辑通信,而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

3,运输层的两个重要协议是用户数据报协议UDP和传输控制协议TCP。按照OSI的术语,两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫做运输协议数据单元TPDU(Transport Protocol Data Unit)。但在TCP/IP体系中,则根据所使用的协议是TCP或UDP,分别称之为TCP报文段或UDP用户数据报。

4,UDP在传送数据之前不需要先建立连接,远地主机在收到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确是一种最有效的工作方式。 TCP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,这一难以避免增加了许多开销,如确认,流量控制,计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多,还要占用许多处理机资源。

5,硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口,而软件端口是应用层各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。UDP和TCP的首部格式中都有源端口和目的端口这两个重要字段。当运输层收到IP层交上来的运输层报文时,就能够 根据其首部中的目的端口号把数据交付应用层的目的应用层。(两个进程之间进行通信不光要知道对方IP地址而且要知道对方的端口号(为了找到对方计算机中的应用进程))

6,运输层用一个16位端口号标志一个端口。端口号只有本地意义,它只是为了标志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。在互联网的不同计算机中,相同的端口号是没有关联的。协议端口号简称端口。虽然通信的终点是应用进程,但只要把所发送的报文交到目的主机的某个合适端口,剩下的工作(最后交付目的进程)就由TCP和UDP来完成。

7,运输层的端口号分为服务器端使用的端口号(0~1023指派给熟知端口,1024~49151是登记端口号)和客户端暂时使用的端口号(49152~65535)

8,UDP的主要特点是①无连接②尽最大努力交付③面向报文④无拥塞控制⑤支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信⑥首部开销小(只有四个字段:源端口,目的端口,长度和检验和)

9,TCP的主要特点是①面向连接②每一条TCP连接只能是一对一的③提供可靠交付④提供全双工通信⑤面向字节流

10,TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点。这样的端点就叫做套接字(socket)或插口。套接字用(IP地址:端口号)来表示。每一条TCP连接唯一被通信两端的两个端点所确定。

11,停止等待协议是为了实现可靠传输的,它的基本原理就是每发完一个分组就停止发送,等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。

12,为了提高传输效率,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。流水线传输就是发送方可连续发送多个分组,不必每发完一个分组就停下来等待对方确认。这样可使信道上一直有数据不间断的在传送。这种传输方式可以明显提高信道利用率。

13,停止等待协议中超时重传是指只要超过一段时间仍然没有收到确认,就重传前面发送过的分组(认为刚才发送过的分组丢失了)。因此每发送完一个分组需要设置一个超时计时器,其重转时间应比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。这种自动重传方式常称为自动重传请求ARQ。另外在停止等待协议中若收到重复分组,就丢弃该分组,但同时还要发送确认。连续ARQ协议可提高信道利用率。发送维持一个发送窗口,凡位于发送窗口内的分组可连续发送出去,而不需要等待对方确认。接收方一般采用累积确认,对按序到达的最后一个分组发送确认,表明到这个分组位置的所有分组都已经正确收到了。

14,TCP报文段的前20个字节是固定的,后面有4n字节是根据需要增加的选项。因此,TCP首部的最小长度是20字节。

15,TCP使用滑动窗口机制。发送窗口里面的序号表示允许发送的序号。发送窗口后沿的后面部分表示已发送且已收到确认,而发送窗口前沿的前面部分表示不晕与发送。发送窗口后沿的变化情况有两种可能,即不动(没有收到新的确认)和前移(收到了新的确认)。发送窗口的前沿通常是不断向前移动的。一般来说,我们总是希望数据传输更快一些。但如果发送方把数据发送的过快,接收方就可能来不及接收,这就会造成数据的丢失。所谓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。

16,在某段时间,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,网络的性能就要变坏。这种情况就叫拥塞。拥塞控制就是为了防止过多的数据注入到网络中,这样就可以使网络中的路由器或链路不致过载。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。拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的主机,所有的路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素。相反,流量控制往往是点对点通信量的控制,是个端到端的问题。流量控制所要做到的就是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收。

17,为了进行拥塞控制,TCP发送方要维持一个拥塞窗口cwnd的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度,并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。

18,TCP的拥塞控制采用了四种算法,即慢开始,拥塞避免,快重传和快恢复。在网络层也可以使路由器采用适当的分组丢弃策略(如主动队列管理AQM),以减少网络拥塞的发生。

19,运输连接的三个阶段,即:连接建立,数据传送和连接释放。

20,主动发起TCP连接建立的应用进程叫做客户,而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。TCP连接采用三报文握手机制。服务器要确认用户的连接请求,然后客户要对服务器的确认进行确认。

21,TCP的连接释放采用四报文握手机制。任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知,待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送时,则发送连接释放通知,对方确认后就完全关闭了TCP连接

(3),运输层最重要的内容

①,端口和套接字的意义

②,无连接UDP的特点

③,面向连接TCP的特点

④,在不可靠的网络上实现可靠传输的工作原理,停止等待协议和ARQ协议

⑤,TCP的滑动窗口,流量控制,拥塞控制和连接管理

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