运输层#
一、进程之间的通信
1、运输层向它上面的应用层提供通信服务 ，两台主机通信时，只有主机的协议栈才有运输层，网络核心部分的路由器在转发分组时只用到了下面三层功能
2、两台主机进行通信就是两台主机中的应用进程互相通信 ，IP协议将分组送到目的主机，运输层协议将网络层中的分组信息交付到主机的应用进程。通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程
3、运输层的两个功能，复用 和分用
1）复用： 在发送方，不同的应用程序都可以使用同一个运输层协议传送数据（加上适当首部）；
2）分用： 在接收方，运输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付目的主机进程。
二、端口
1、常说的端口是指层之间的抽象的协议端口，是一种软件端口；而交换机和路由器上的端口是硬件端口；前者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
2、端口号位于UDP或者TCP的首部，运输层收到IP层交上来的运输层报文后，根据首部中的目的端口将数据交付应用层的目的应用进程。
3、运输层端口号的两大类：
1）服务器端使用的端口号 ，可分为两类：
~系统端口号：0-1023~登记端口号：1024-49151
2）客户端可使用的端口号： 49152-65535
三、UDP（User Datagram Protocol,用户数据报协议)：
1、UDP协议只在IP的数据报服务之上添加了很少的功能，复用分用和差错检测功能。
2、UDP协议主要特点：
1）UDP是无连接的；
2）UDP使用尽最大努力交付 ，即不保证可靠交付；
3）UDP是面向报文的。发送发对应用层交下来的报文，在增加首部后就向下交付IP层，不合并，不拆分，保留报文边界
4）UDP没有拥塞控制
5）UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多通信
6）UDP首部只有8个字节，开销小
四、UDP首部格式
1、UDP首部有4个字段，每个字段2字节，共8个字节
2、源端口： 需要对方回信时选用，不需要时全为0
3、目的端口： 重点交付报文时必须使用
4、长度： UDP用户数据报的总长度（首部+数据部分），最小值为8
5、检验和： 检验UDP数据报是否出错，有错就丢弃。UDP的检验和是把首部和数据部分一起检验 ，而IP数据报的检验和只检验IP数据报首部
6、如果接收方的UDP发现收到的报文中目的端口不对，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
五、TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）
1、TCP的主要特点：
1）TCP是面向连接的运输层协议。
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（一对一） 的
3）TCP提供可靠性交付。无差错，不重复，不丢失，并且按序到达
4）TCP提供全双工通信。
5）TCP是面向字节流。 TCP的流指的是流入到进程或者从进程中流出的字节序列 ，面向字节流的意思是：虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不一），但是TCP仅把应用程序交下来的数据看成一连串无结构的字节流，TCP并不知道字节流的含义。例如发送方应用程序给TCP发送10个数据块，但是接收方的TCP可能4个数据块就把收到的字节流交付上层应用程序，接收方的应用程序必须有能力识别收到的字节流，也就是说，识别字节流的功能是应用层具备的。
2、TCP连接的端点： 不是主机，不是IP地址，不是应用进程，也不是运输层的协议端口，是套接字socket，socket = （IP：端口）
六、可靠传输
1、停止等待协议： 发送方发送完一个分组后，停止 发送，等待 对方对于该分组的确认，收到确认后再发送下一个分组。
1）发送方只要超过一定时间还没有收到对方的确认，就认为刚才发送的分组丢失了，因而重传刚才的分组，这就叫作超时重传 ，应注意：
~发送方在发送完一个分组后，必须暂时保留该分组的副本 （以备重传时使用），一旦收到对方的确认信息，可删除该分组副本~分组和确认分组都必须进行编号。编号是为了双方明确收到哪一个分组以及收到哪一个分组的确认
~重传时间应该比数据传输的平均往返时间更长一些~丢弃这个重复的分组 ，不向上层交付
2）如果接收方发送的确认分组丢失，导致发送发再次重发上一分组，此时接收方应该：
~~~重新发送确认分组
2、连续ARQ协议
1）发送发维持一个发送窗口，在发送窗口内的分组可以连续发送出去
2）接收方采取累计确认 ，对按序到达的最后一个分组发送确认
七、TCP报文的首部格式
1、TCP虽然是面向字节流的，但是TCP传送的数据单元却是报文段（message segment）
2、TCP的全部功能都体现在首部中的各字段中。首部包含20字节 的固定首部+4n字节的选项
3、首部固定部分各字段的意义如下：
1）源端口 和目的端口： 各占2字节。分别写入源端口号的目的端口号；
2）序号： 占4个字节。TCP传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号；
3）确认号： 占4个字节。是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号， 确认号为N，表明序号到N-1的所有字节已经正确收到
4）数据偏移： 占4bit，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
5）保留： 占6bit， 保留今后使用，目前全为0
下面为6个控制为，各占1bit
6）URG： 为1时，表示紧急指针（14）有效，告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送
7）ACK： 为1时，确认号字段才有效。TCP连接建立后，所有传送的报文必须将ACK置1
8）PSH： 为1时，立即交付应用进程
9）RST： 为1时，表示TCP连接中出现严重错误，必须释放连接然后重新建立连接
10）SYN： 连接建立是用来同步序号，同步后SYN为0。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个连接请求报文段；SYN=1，ACK=1时表示这是一个同意连接请求报文段报文段
11）FIN： 用来释放一个连接。当FIN=1时，表示次报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接
12）窗口： 占2字节，指发送本报文段的一方的接收窗口。告诉对方你应该设置多大的窗口值
13）检验和： 占2字节，检验和检验报文段首部和数据两个部分
14）紧急指针： 占2个字节，指出本报文段中紧急数据的字节数。从第一个字节开始，所以紧急指针指出紧急数据的末尾在报文段中的位置
15）选项： 长度可变，最大可达40字节
4、最大报文段长度MSS（Maximum Segment Size）： 每一个TCP报文段找那个的数据字段的最大长度。并非TCP字段总长度，而是整个TCP报文段长度减去首部之后的数据部分 的长度
5、MSS设定规则： 尽可能大些，只要在IP层不需要再分片就行
八、TCP的流量控制
1、流量控制，是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收
九、TCP的拥塞控制
1、拥塞控制，就是防止过多的额数据注入到网络中，这样可以是网络中的路由器或者链路不至过载
2、与流量控制的区别：
1）流量控制是点对点通信量的控制，是端到端的问题（接收端通过窗口控制发送端 ）
2）拥塞控制是一个全局性 的过程，涉及到网络中的各个结点
3、拥塞控制的两种方法：
1）开环控制： 在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑清楚，力求网络在工作时不产生拥塞。一旦系统运行起来，就不再中途进行改正
2）闭环控制： 一个动态解决拥塞的过程
4、TCP的拥塞控制方法
1）慢开始： 发送方维持一个拥塞窗口 的状态变量，该拥塞窗口一般起始值较小。
2）慢开始的基本思想是：当主机开始发送数据时，由于不清楚网络的负荷情况，所以从小到大逐渐增大发送窗口，也就是从小到大逐渐增加拥塞窗口数值
3）拥塞避免： 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加1，而不是像慢开始时呈指数式增长
4）快重传： 要求即便收到了失序的报文段，也要立即发出自己对已收到报文的重复确认。一般失序后，连续再发3次已收到的最后一个序号的报文段。
5）块恢复： 快恢复避免让发送方启动慢开始，而是重新设置发送方门限值ssthresh=cwnd/2，同时设置拥塞窗口cwnd=ssthresh，并开始拥塞避免算法
十、TCP的运输连接管理
1、三次握手建立TCP连接：
1）客户->服务器 ：SYN=1，seq=x，客户向服务器发送连接请求SYN报文段，SYN报文段不能懈怠数据，但要消耗一个序号；
2）服务器->客户 ：SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1，服务器向客户发送同一TCP连接请求报文段，序号为y，ACK为1保证确认字段ack有效，确认号ack=x+1表示要求客户端下一个报文段的序号从x+1开始；同样该报文段不能携带数据，但是要消耗一个序号；
3）客户->服务器 ：ACK=1，seq=x+1，ack=y+1，客户收到服务器的确认后，还要向服务器再次发送确认。seq=x+1表示报文段开始序号，ack=y+1表示要求服务器下一个发来的报文段序号从y+1开始
2、最后一次客户想服务器的确认，是为了防止“已失效的连接请求报文段”突然又传到了服务器
3、四次挥手释放TCP连接：
1）客户->服务器 ：FIN=1，seq=u，客户向服务器发送连接释放报文段。FIN=1为表示此报文段为请求连接释放报文段，seq=u，u为前面已传送的最后一个自己序号加1
2）服务器->客户 ：ACK=1，seq=v，ack=u+1，服务器向客户发出确认报文，此时A到B这个方向的连接已经释放了，整个TCP连接处于半关闭状态 ，即客户已经没有数据再发送了，也不能再向服务器发送数据，但是服务器仍然可以给客户发送数据（如果还有的话），客户也仍然要接收
3）服务器->客户 ：FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1，服务器把所有数据传给客户之后，向客户发送连接释放报文段，seq=w，w为半关闭状态发送的最后一个字节序号加1；
4）客户->服务器 ：ACK=1，seq=u+1，ack=w+1，客户向服务器发送连接释放确认报文段；服务器收到确认报文后，立即进入closed状态
此时TCP连接并没有完全释放，必须经过时间等待计时器 设置的时间2MSL（最长报文段寿命）后，客户才能进入closed状态，TCP连接完全释放，一是为了保证客户发送的最后一个ACK报文段能够达到B，二是防止上述“已失效连接请求报文段”出现在本链接中