一.目录
传输层服务的基本理论与基本机制
- 复用/分用技术
- 可靠数据传输
- 流量控制机制
- 拥塞控制机制
Internet传输层协议
- UDP
- TCP
- TCP拥塞控制
二.概述
传输层为运行在不同主机上的进程提供了逻辑通信机制
发送方：将应用层提交的消息分成一个或多个segment，并向下传给网络层
接收方：将接收到的segment组装成消息，并向上交给应用层
三.UDP（User Datagram Protocol）
特性
- 基于IP协议（复用/分用，有简单的错误校验）
- Best effort服务（可能丢失，非按序到达）
- 无连接（无需握手）
优点
- 无需建立连接（减少延迟）
- 实现简单（无需维护连接状态）
- 头部开销少
- 没有拥塞控制（应用可更好的控制发送时间及速率）
用处
- 常用于流媒体应用（容忍丢失，速率敏感）
- 用于DNS，SNMP
报文结构
报文结构在图中比较清楚
长度（length）：UDP段的长度，包括了头部
校验和（checksum）：用于差错校验
checksum
目的
检测UDP段在传输中是否发生位错误
算法
伪首部
伪首部是为了计算校验和，临时添加在UDP数据报前面，不向下传送，也不向上递交。共12个byte
- 源IP地址（4byte）
- 目标IP地址（4byte）
- 全0（1byte）
- IP首部中的协议字段值，对于UDP来说是17（1byte）
- UDP数据报长度（2byte）
步骤
发送方
- 首先增加12个字节的伪首部
- 将段内容视为16bit整数
- 计算所有整数的和，进位加在和的后面，将得到的值按位取反
- 将校验和放入校验和字段
接收方
计算所收到段的校验和，比对
不相等：检测出错误
相等：没有检测出错误（仍有可能出错）
四.可靠数据传输（Rdt）
定义
不错，不丢，不乱
- rdt1.0：底层信道完全可靠，不会发生错误，不会丢弃分组，则传输数据可靠
- rdt2.0：产生位错误的信道
- rdt2.1&rdt2.2: 基于ACK的改进
- rdt3.0：产生位错误及丢包的信道
rdt2.0
问题：底层信道可能翻转分组中的bit
校验和检测位错误
确认机制ACK恢复错误
接收方发送ACK，通知发送方分组正确接收
发送方发送NAK，通知发送发分组错误
发送发收到NAK后，重传分组
基于重传机制的rdt协议成为ARQ（automatic repeat request）
rdt2.1& rdt2.2
问题：ACK/NAK消息发送错误
- 为ACK/NAK增加校验和，检错并纠错
- 若ACK/NAK坏掉，重传
使用序列号重传（sequence number）
为每个分组增加序列号，返回的认证消息中增加序列号，表示对某序列号的分组确认。
在停等协议中，只需要0,1两个序列号即可。
rdt2.2去掉了NAK，接收方通过ACK告知最后一个被正确接收的分组，在ACK消息中显示的加入被确认分组的序列号
rdt3.0
问题：信道既可能发生错误，也可能丢失分组。
增加计时器，在发送消息后，开启计时器，在计时器结束后，自动重发。
总结
rdt使用的技术：
- 校验和
- 带序列号的ACK/NAK
- 定时器
rdt使用停等协议，性能很差。
示例：
1Gbps链路，15ms端到端传播延迟，1KB分组。
T = L / R = 8kb/10 ^ 9 = 8 microsec
发送方利用率：
U = (L/R)/(RTT+(L/R)) = 0.00027
五. 滑动窗口协议
解决利用率低的问题
允许发送方在收到ACK之前连续发送分组
需要更大的序列号范围
发送方和接收方需要更大的存储空间缓存分组
窗口尺寸为N，最多有N个等待确认的消息，窗口在序列号空间内向前滑动
GBN（GO-BACK-N）
发送方
ACK（n）：确认到序列号n的分组已被正确接收
为空的分组设置计时器
Timeout（n）：大于等于n，还未收到ACK的所有分组，全部重传。
接收方
发送拥有最高序列号的，已被正确接收的分组的ACK
乱序到达的分组：直接丢弃（接收方没有缓存），重传确认序列号最大的，按序到达的分组
SR（Selective Repeat）
接收方对每个分组单独进行确认，设置缓存机制，缓存乱序到达的分组
发送方只重传没有收到ACK的分组，为每个分组设置定时器（GBN只有一个定时器）
问题：若窗口尺寸与序列号接近，很可能会出现确认混乱情况。
要求2^k 远远>= 窗口尺寸
六.TCP
1.概述
- 点对点
- 可靠的，按序的字节流
- 流水线机制
- 发送方/接收方缓存
- 全双工
- 面向连接
- 流量控制机制
2.报文结构
序列号：segment中第一个字节的编号，建立TCP连接时，双方随机选择序列号
确认号：希望接收到的下一个字节的序列号，采用累计确认，该序号前的所有字节均被正确接收
URG（urgent data）：generally not used
ACK：ACK
PSH（push data now）：generally not used
RST，SYN，FIN（connection establish）
Receive window：希望接收的字节数
3.流量控制
发送方不会传输太多，太快导致淹没接收方。
接收方会为TCP连接分配buffer
接收方计算目前可用空间：RcvBUffer - （lastByteRcvd - LastByteRead）
通过头部字段 Receive window告诉sender。
sender限制自己已经发送的，但还未收到ACK的数据不能超过接收方receive window尺寸
4.连接管理
建立连接
关闭连接
client向server发送TCP FIN
server收到FIN，回复ACK，关闭连接，发送FIN
client收到FIN，回复ACK
server收到ACK 连接关闭
5.TCP拥塞控制
基本原理
sender限制发送速率
rate = congWin/RTT
动态调整以改变发送速率
如何感知网络拥塞
Loss事件 = timeout或3个重复的ACK
发生loss事件后，发送方降低速率
AIMD 加性增-乘性减
每个RTT将CongWin增大一个MSS
发送loss事件后，将CongWin减半
SS 慢启动
每个segment被确认后，CongWin增大一个MSS（每个RTT。CongWin翻倍）
实现算法
- 设置默认阈值
- 达到阈值前，使用SS
- 达到阈值后使用加性增
- 发送loss事件后，阈值变为当前CongWin的一半
- loss事件为3个重复ACK时，CongWin变为一半，采用线性增长（表示网络还能传输segment）
- loss事件为timeout事件，CongWin直接设为1个，采用指数增长。（拥塞更严重）
来源：CSDN
作者：谢宇寒
链接：https://blog.csdn.net/u012933335/article/details/104248832