传输层

目标

理解传输层的工作原理
（1）多路复用，解复用
（2）可靠数据传输
（3）流量控制
（4）拥塞控制
学习Internet的传输层协议：
（1）UDP无连接传输
（2）TCP面向连接的可靠传输
（3）TCP的可靠控制

概述

RDT，即reliable data transfer

物理层：传输实体，链路层：点到点，网络层：端到端，传输层：进程到进程，应用层：客户-服务

传输层提供进程与进程之间的，以message为单位的通信服务

传输协议运行在端系统。
发送方：讲应用层的报文分成报文段，然后传递给网络层。
接收方：将报文段重组成报文，然后传递给应用层。

有多个传输层协议可供应用选择

IP向上层提供的服务是不可靠的，TCP加强了可靠性；TCP向上层提供的服务是不安全的，SSL可以加强安全性。TCP无法降低延迟，无法增加带宽。TCP可以加强服务品质，但无法优化性能。

有连接的单位是分组，无连接的单位是数据报

字节流：Byte stream；数据报：Datagram；边界信息：Boundary information

best effort

多路复用/解复用

上一层实现IP的区分，到传输层引入端口，区分进程，完成源端的复用，到目标端的解复用。
复用是指多个tcp socket的信息都往下交,对方收到再分给不同的socket

共有65535个端口号

TCP和UDP使用端口的方式不一样

为了使穿过层间的信息最少，TCP和四元组相捆绑，即socket，socket包含四个信息：本地IP，本地port，对方IP，对方port。

socket是网络服务接口，对应进程

UDP的socket和本地IP，本地port相捆绑（二元组）。

应用往下传的是：（1）数据（2）socket（3）对方IP和对方port的地址（cad，指针）

无连接传输UDP

应用：实时流媒体；事务性应用（一次往返）
UDP：用户数据报协议
UDP校验和：检测在被传输报文段中的差错。
残存错误：数据部分和EDC部分出错后依然符合校验规则。（概率小，但不可忽略）
发送方编码，接收方解码
进位回滚

可靠数据传输的原理

rdt（可靠数据传输）在应用层、传输层和数据链路层都很重要。是网络Top10问题之一。
信道的不可靠特点决定了可靠数据传输协议的复杂性。

在可靠信道上传输：不出错，不丢失

超时重传机制（解决传错/丢失问题）

滑动窗口协议（slide window）：发送缓冲区。
发送窗口的最大值<=发送缓冲区的值
发送窗口前沿移动的极限：不能超过发送缓冲区
接收窗口=接收缓冲区
GBN（Go-back-N）协议和SR(Selective Repeat)协议的异同：相同：发送窗口>1，一次可发多个未经确认分组。区别：GBN接收窗口尺寸=1，只能顺序接收，一旦一个分组没有发成功，要返回错误的地方重发；SR接收窗口尺寸>1，可乱序接收，发送未成可以选择性重发错的中间某一项。

GBN适用范围：出错率低（SR复杂易出错）
SR适用范围：链路容量大（延迟大，带宽大）
GBN:以时间换空间 SR: 以空间换时间

面向连接的传输：TCP

（段结构；可靠数据传输；流量控制；连接管理）
TCP概述：点对点，可靠的、按顺序的字节流，管道化（流水线），发送和接收缓存，全双工数据，面向连接，有流量控制

MSS:Maximum Segment Size, 最大报文段大小，≤当然可以

TCP往返延时（RTT）和超时
在局域网中，两台计算机之间的往返延迟可以设置为固定的值；通过TCP处理进程通信的情况，超时时间是动态的、自适应的。
sampleRTT 当前采样RTT
estimatedRTT 移动平均RTT

TCP在IP不可靠服务的基础上建立了RTT

快速重传算法

流量控制
目的：防止发送方发的太快，超出了接收方的处理能力（防止接收方缓冲区溢出）。

连接管理
连接建立 和 连接拆除

拥塞控制

网络拥塞的表现：分组丢失率变高，延迟更多
两种拥塞控制方法：端到端拥塞控制，网络辅助的拥塞控制
ATM网络：异步传输网络，它的数据单位是RM（信元）
ABR模式：弹性服务

TCP拥塞控制

如何检测拥塞：超时（拥塞）；收到某个段三个重复的ACK（轻微拥塞，没有发生拥塞，但是由于未通过差错检验，给源端一种发生拥塞的错觉）

rate=CongWin/RTT
两种控制同时考虑：接受窗口反映流量控制，拥塞窗口反映拥塞控制
拥塞控制的策略：慢启动（每个RTT，CongWin加倍；一开始慢速，但加速是指数性的）

拥塞控制的机制：线性增加-层性减-线性增加-层性减…
（改进）指数增加-线性增加-线性减-指数增加-线性增加-线性减…

小结

  1. 传输层提供的服务：为应用进程间的逻辑通信服务（相对的，网络层提供的是主机和主机之间的通信服务），传输层协议包括TCP和UDP
  2. 原理：多路复用和解复用
    区分进程使用的是：端口
  3. 无连接传输层协议UDP
  4. 可靠数据传输原理：停止等待协议（RDT），流水线协议（GBN：接收窗口=1，SR：接收窗口>1）
  5. TCP协议：TCP特性，面向连接的，进程到进程的；TCP报文段格式；TCO可靠传输机制；超时重传，快速重传；流量控制；连接管理
  6. 拥塞控制原理：拥塞原因，拥塞代价（方式：网络辅助e.g.ATM - 根据网络提供的反馈信息；端到端e.g.TCP - 超时和三个冗余ACK来判断拥塞）