计算机网络 4：传输层
本层…… #
- 提供逻辑上「端到端」的连接，中间路径不管。
- 采用「端口」进行多路复用，不同进程（服务）工作在不同的端口上。
- 二元组 {目的 IP，目的端口号}（UDP）或四元组 {源 IP，源端口号，目的 IP，目的端口号}（TCP）确定一个连接。
UDP #
一种无连接、尽力而为的传输层协议。UDP 头部如下：
| 字节 | 2 | 2 | 2 | 2 | ？ |
|---|---|---|---|---|---|
| 结构 | 源端口号 | 目的端口号 | 包含头部的长度 | 校验和 | 数据 |
其中校验和计算时，还需要在 UDP 段前方加上「伪头部」：
| 字节 | 4 | 4 | 1 | 1 | 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 结构 | 源 IP 地址 | 目的 IP 地址 | 全零 | 协议号（从 IP 头部取出） | UDP 包含头部的长度 |
TCP #
一种可靠的、点对点的、全双工的、面向连接的传输层协议。TCP 头部如下：
(Wikipedia，本站没有实现复杂表格排版所以画不出来这种表格)
TCP 使用滑动窗口的确认机制实现可靠传输。
- 序列号（SEQ）：指 TCP 段中第一个字节的编号（不是第几个段）。
- 确认号（ACK）：指希望接收到的下一个段，第一个字节的编号——减 1 即本机已经收到的字节编号。
与 UDP 一样，校验和的计算需要加上「伪头部」。
连接建立 #
采用「3 次握手」方式建立连接。连接只能由客户端主动建立。
| 方向 | 标志位 | SEQ | ACK | 作用 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 第 1 次握手 | C $\to$ S | SYN | 随机数 $x$ | 0 | 请求发起连接 |
| 第 2 次握手 | S $\to$ C | SYN, ACK | 随机数 $y$ | $x+1$ | 对第 1 次握手进行确认，允许连接 |
| 第 3 次握手 | C $\to$ S | ACK | $x+1$ | $y+1$ | 对第 2 次握手进行确认，连接建立 |
消息交互 #
通过三次握手建立连接后，双方可以进行全双工的通信。在上面的连接建立后，第一条消息的 SEQ、ACK 值为：
| SEQ | ACK | 说明 | |
|---|---|---|---|
| C $\to$ S | $x+1$ | $y+1$ | 与它发送的第三次握手一致，因为服务器不会回复它的第三次握手，中间没有产生过新的消息，所以序号与上一次消息是一样的。 |
| S $\to$ C | $y+1$ | $x+1$ | ACK 是 $x+1$，表示希望客户端下一次发送的 SEQ 是 $x+1$（因为第三次握手的 ACK 段 的长度为零） |
TCP 的序号是基于字节的：
本次的 SEQ = 上次本机发送的段的 SEQ + 上次本机发送的段的长度
- 单纯的 ACK 包，长度为零；
- FIN / SYN 包，长度为 1。
本次的 ACK = 希望下次收到对方的段的 SEQ。
重传 #
针对每个报文段设置一个计时器，当发送后过了一段时间还没有收到 ACK 即认为丢包，进行重传。超时时间是通过测量 RTT 进行加权得到的。
如果发送方连续收到同一段的三次 ACK，认为此段的下一段丢包，直接重传（快速重传）。
流量控制 #
接收方通过段首的窗口大小字段 rwnd 来告诉发送方自己最大接收能力。发送方「已经发送但没有收到 ACK」的数据大小不超过 rwnd。
拥塞控制 #
发送方需要知道 rwnd 即接收方的窗口大小和 cwnd 即当前网络的拥塞程度，并取小者作为自己的发送窗口大小。
慢开始算法：TCP 刚建立时，
cwnd设为 1。此后每完成一次发送 1 个 MSS，就加上 1。直到cwnd达到ssthresh。如果每次发送都用尽发送窗口（即「发送方有足够多的数据发送」），那么直观上的表现就是：每经过 1 个 RTT，
cwnd就会翻倍。拥塞避免算法：
cwnd达到ssthresh后，每经过 1 个 RTT 再将cwnd加上 1，而不是每收到 1 个 MSS 的确认就加 1。拥塞发生：当出现丢包时，将
ssthresh设为此时cwnd的一半，然后cwnd重新置为 1。
连接断开 #
采用「4 次挥手」方式断开连接。双方都可以主动断开连接。
