传输层提供的服务
端口号的作用
通过“端口号”标识本主机的一个特定进程（注意：每台主机的端口号是相互独立的；TCP、UDP两种协议的端口号也是相互独立的）
TCP或UDP协议，通过Socket套接字 = {IP地址：端口号}，唯一标识网络中的一台主机上的一个应用程序
端口号的分类
服务器使用的端口号：0～1023（通常只能用于被熟知的重要应用程序）；1024～49151（登记端口号）
客户端使用的端口号：49152～65535（短暂端口号）
传输层的功能
实现端到端（进程到进程）的通信
复用和分用
复用（从上到下）：在发送数据的时候，同一台主机上的多个进程可以将使用同一个传输层协议
分用（从下到上）：在接收数据的时候，传输层可以正确交付到目的进程
差错检测
TCP检测出差错后丢弃数据，并通知发送方重传
UDP检测出错误后直接丢弃数据，且不通知发送方
向应用层提供两种服务
面向连接的、可靠的端到端传输服务（TCP）——确保数据正确、完整，但开销大、实时性较差
无连接的、不可靠的端到端传输服务（UDP）——数据可能出错、丢失，但速度快、开销小
UDP
UDP协议
UDP协议的特点
UDP首部很小，只占8B
UDP每次传输一个完整的报文，不支持报文自动拆分、重装
UDP是无连接的、不可靠的（可靠性可以交给应用层处理），也不支持拥塞控制
UDP支持一对一（封装成单播IP数据报）、一对多（封装成广播/多播IP数据报）
UDP数据报格式
UDP检验
差错检测算法
检验和的计算：将原始数据以16bit为一组，进行二进制加法（最高位产生进位需要回卷），加法运算的最终结果逐位取反，得到16bit“检验和”
差错检验方法：接收方将收到的内容以16bit为一组，进行二进制加法（最高位产生进位需要回卷）
如果加法结果为全1，说明没有差错，否则证明有差错
要点
发送方在计算检验和之前，需要添加伪首部，计算完校验和之后，拆除伪首部
接收方在差错检验之前，需要添加伪首部，检验完之后，拆除伪首部（如果检验出差错，就对其该UDP数据报，如果没有差错，就接受该UDP数据报）
TCP
TCP协议
TCP协议的特点
TCP首部更大，占20～60B
TCP支持报文自动拆分、重装，因此可以传输长报文
TCP是有连接的、可靠的、支持拥塞控制
TCP仅支持一对一传输
TCP协议的三大阶段
建立连接（三次握手）
数据传输
释放连接（四次挥手）
TCP段的格式
URG：为1时，紧急指针有效，表示这是紧急数据，应尽快插队发送
ACK：为1时，表示ack字段是否有效；只有握手1的ACK = 0，其他的都ACK = 1
PSH：为1时，表示希望接收方尽快回复（用于交互式通信）
RST：为1时，表示出现严重差错（如主机崩溃），必须释放连接；也可用于拒绝一个非法报文段（如恶意的黑客攻击）
SYN：表示当前的TCP报文段是否是在请求连接或同意请求连接；只有握手1、握手2的SYN = 1，其他的都SYN = 0
FIN：表示其中一个进程向另一个进程挥手告别；只有挥手1、挥手3的FIN = 1，其他的都FIN = 0
建立TCP连接时，在握手1、握手2的选项中协商MSS（最大段长）
MSS的值表示在接下来的数据传输中，一个TCP报文段最多携带多少数据（首部不算在内）
TCP连接管理
建立连接
建立连接过程中SYN、ACK、FIN、seq、ack_seq的值
握手3是否携带数据对ack_seq的影响
进程的TCP状态转换
释放连接
释放连接过程中SYN、ACK、FIN、seq、ack_seq的值
进程的TCP状态转换
MSL：最长报文段寿命，是由TCP协议规定的一个固定时间长度
TCP可靠传输
序号：进程在建立连接时确定起始序号，数据传输过程中，每个字节对应一个序号
确认机制
累计确认规则：若果而收到ack_seq = n，说明序号在n之前的所有字节都已正确接收
返回ACK的时机：推迟时间最多不能超过0.5秒（推迟确认）
如果自己也有数据要传送给对方，立即返回ACK段，并“捎带”自己的数据
若连续收到两个长度为MSS的报文段，就应该立即返回ACK段
两种ACK段
专门确认：一个ACK段只有TCP首部，没有携带数据
捎带确认：一个ACK段顺道携带了数据
重传机制
超时重传：每发出一个报文段，就设置一个计时器，若计时器到期还没收到确认，就重传这个报文段，并重置计时器
快重传
作用：让可能出错的报文段尽早重传，而不是非要等到超时在重传
配套机制：立即确认（每收到一个TCP报文段，就立即返回一个ACK段；及时收到一个失序报文段，也要立即返回ACK段）
当发送方连续收到三个确认号相同的冗余ACK（1 + 3 个ACK）时，就立即重传该确认号对应的报文段
TCP流量控制
接收方维持一个接收窗口，接收窗口不能大于接收缓冲区的大小；接收窗口“框住”的是接收方还允许接收的序号范围
发送方维持一个发送窗口，发送窗口不能大于发送缓冲区的大小；发送窗口不能大于接收窗口的大小；发送窗口“框住”的是发送缓冲区中，已发送但尚未收到确认的数据，以及可以发送但尚未发送的数据
TCP拥塞控制
拥塞控制
如何判断网络拥塞
发出的每个报文段，都能顺利地收到ACK确认——不拥塞
收到冗余ACK，引发快重传——有点拥塞
发出的报文段未能按时收到ACK，引发超时重传——严重拥塞
如何解决拥塞
迅速减少发送的数据量
严重拥塞就迅速缩小拥塞窗口
有点拥塞就适当缩小拥塞窗口
慢开始算法
cwnd值从1开始，每收到一个ACK，就让cwnd + 1（当cwnd < ssthress时适用）
拥塞避免算法
在一个RTT内，即使收到多个ACK，也只能让cwnd + 1（当cwnd >= ssthress时适用）
快恢复算法
一旦发生快重传，就将阈值、cwnd都设置为当前cwnd的一半，然后切换到“拥塞避免算法”
注：ssthresh不能小于2