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  • 计算机网络:运输层

    1。什么是运输层?

    答:运输层是提供应用进程间的逻辑通信,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,它使应用中的进程看见的好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

    2.运输层的两个主要协议:

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

    特点:1.无连接的,传输数据之前不需要建立连接

       2.尽最大努力交付,不提供可靠交付

       3.面向报文

       4.无拥塞控制(网络出现的拥塞,不会使源主机的发送速率降低)

    传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol):

    特点:1.面向连接。传输数据之前先建立连接

       2.提供可靠交付

       3.提供全双工通信(允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据)

       4.有拥塞控制

       5.面向字节流(TCP将应用进程交下来的数据看成是一连串的无结构的字节流)

    3.可靠传输的工作原理

    所谓可靠传输,就是传送数据出现差错时,发送发能够重传数据;当接受方来不及处理数据时,发送方能够适当减少数据的传输速率。

    为了实现这样的可靠传输,我们可以使用一些可靠传输协议

    (1)停止等待协议

      停止等待就是每发送一个分组(数据单元),就停止发送,等待接受方的确认,当接受到确认后才开始发送下一分组。

    出现差错:当发送的分组出现错误时,接受方并不会向发送方发送确认信息(实际上接收方什么都不会做),当发送方长时间没有接受到接受方的确认时,就会重传之前发送的分组。这种机制叫做超时重传。(发送方有一个超时计时器,设置的重传时间比数据在分组传输的平均往返时间更长)

    确认丢失

    当接受方发出的确认丢失了,再次接受到了发送方重传的分组。此时应该1.丢弃这个分组 2.向发送方发送确认

    确认迟到

    当接受方发送的确认迟到了,而发送方此时重传了分组。此时接受方应该对每次接收到的分组发送确认,这样发送方虽然会接收到重复的确认但它什么也不会做,而接收方接收到的重复分组会自动丢弃一个

    !!!向上述的可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ(Automatic Repeat reQuest)

    (2)连续ARQ协议

    连续ARQ协议会维持一个发送窗口:在这个窗口内的分组都可以连续的发送出去,而不必等待对方的确认。当发送方每收到一个确认,就将窗口向前滑动一个分组。而接受方也不必对每一个接收到的分组发送确认,而是在接收到几个分组后,对按序到达的最后一个分组发送确认,这就表示:到这个分组为止的所有分组都已经收到。

    4.TCP可靠传输的实现

    TCP是使用滑动窗口机制的,它的滑动窗口是以字节为单位的。发送窗口前面是已经发送且已经收到确认的分组,窗口的后面是未发送的分组,而窗口里面的数据是已发送在等待确认的分组。当滑动窗口收到来自接收方的确认后,就会向后滑动

    5.TCP的流量控制

    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。

    TCP是利用滑动窗口来实现流量控制的。在连接建立后,接受方会将自己的接收窗口的数值发送给发送方,因此发送方的发送窗口就不会超过接收窗口的数值。

    6.TCP的拥塞控制  (1)拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中,这样可以使网络中的路由或链路不会过载。

    几种拥塞控制方法:

    慢开始,拥塞避免,快重传,快恢复

    慢开始和拥塞避免:

    发送方维持一个拥塞窗口cwnd,这个窗口的大小取决于网络的拥塞程度,并且动态变化,发送方的发送窗口最大等于此拥塞窗口。

    慢开始算法:传输开始时,由小到大增大发送窗口(也就是增大拥塞窗口的数值),一般是每经过一个传输轮次,拥塞窗口就加倍。

    拥塞避免:是将拥塞窗口缓慢的增大,即每经过一个往返时间RTT,就将发送方的拥塞窗口加1

    为了防止拥塞窗口cwnd增长过大引起网络堵塞,需要设置一个慢开始门限ssthresh状态变量:

    ssthresh设置为出现网络拥塞时,拥塞窗口数值得一半

    当cwnd <ssthresh,使用慢开始

    当cwnd>ssthresh,停止慢开始使用拥塞避免

    当cwnd=ssthresh,两者都可以使用

    快重传和快恢复

    快重传:要求接收方每收到一个失序的报文段就立即发出重复确认(使发送方及早知道报文段没有到达)。快重传规定,发送方只要一连收到三个确认就应当立即重传未被确认的报文段。

    快恢复:1.在发送方连续收到三个重复确认,就执行“乘法减小”算法,将慢开始的ssthresh减半(预防网络拥塞);

        2.接下来不执行慢开始算法,而是将cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值,然后执行拥塞避免算法,使拥塞窗口缓慢增大

    (2)随机早期检测RED(Random Early Detection)

    使路由器的队列维持两个参数,即队列最小门限THmin和最大门限THmax。当每一个分组到达时,RED就会先计算平均队列长度L,RED算法如下:

    1.若L<THmin,则把新到达的分组放入队列中进行排队

    2.若L>THmax,则丢弃新的分组

    3.若THmin<L<THmax,则按照某一个概率p将到达的分组丢弃

    7.TCP的运输连接管理

    运输连接有三个阶段:连接建立,数据传送,连接释放

    主动发起TCP连接的应用进程叫做客户,而被动等待连接的应用进程叫做服务器。

    TCP建立连接采用三次握手机制。服务器要确认客户得连接请求,然后客户要对服务器进行确认。

    TCP的连接释放采用四次握手机制。任何一方可以在数据传输结束后发出连接释放的通知,当对方确认就进入半关闭状态。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。

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