计算机网络教程之运输层(1) 可靠传输和TCP/UDP网络层提供了端到端的逻辑通信，但是在计算机中我们是怎么使用网

运输层的职责

网络层提供了端到端的逻辑通信，但是在计算机中我们是怎么使用网络的，我们是通过我们的应用程序作为窗口使用的网络，可见单独使用网络层还不能完成所有的工作，还缺少应用程序到计算机网络出口的支持，这也是运输层提供的功能。应用程序就是计算机中的进程，所以运输层提供了进程间的通信，他向它的上层应用层提供通信服务，是面向通信部分的最高层，面向用户功能的最次层。网络层的IP协议可以把主机发出的分组发送到目的主机，接下里就要通过运输层交给需要的进程(应用程序)了，通信的起点终点不是主机，而是主机中的进程。这种类似单位的收发室，所有的邮件送收发室，收发室再转到单独的个人手里，寄出也是同样的道理。那么都需要哪儿个些功能呢？

运输层功能

第一个就是复用和分用，收发室只有一个。复用是指都使用这一个收发室，所有寄出的邮件都通过这个途径寄出。分用是指送到收发室的邮件需要送到目的人手里。怎么标记寄出的人呢，在单位里可能是员工号，在计算机中就是端口。
第二个是数据部分的差错检测，网络层的IP数据报中有一个检验和字段，但是它只检查IP的首部部分是否正确，而不检查后面的数据部分。
可靠的传输，上一节网络层的IP数据报部分曾经说过，网络层只提供尽最大努力交付的服务，那么我们使用的网络就是不可靠的吗，可见并不是。在运输层可靠的传输使用TCP协议，不可靠的传输使用UDP协议。供上层的应用层根据需求选择使用。接下来详细的讲下每个知识点

复用/分用与端口

既然要实现复用和分用，就要标记这个进程，在计算机中是怎么标记进程的，我们可不可以使用操作系统分配到进程号，显然是不行的，不同的操作系统进程号形式格式不尽相同，而且分配也是动态的。这个时候，就要想到网络层的IP地址和硬件地址MAC了，为什么不使用MAC地址，因为我们要依赖抽象，而不能依赖多种多样的MAC地址。我们只要管我们的IP地址即可，不管MAC地址怎么变化。这里也是一样，在互联网络，我们使用端口号标记传输两个端点的进程。
运输层拿到这个端口号，就会交给相应的应用进程。
端口号是一个16位的数字，端口号只有本地意义，即网络中有两个相同端口号是可以的，就像不同的单位有相同工号的人一样。
端口又分为两大类：

服务器使用的端口号：又分为熟知端口，在0-1023之间，这些端口号被分配给TCP/IP中比较重要的一些应用程序，比如FTP是21，DNS是53，HTTP是80，HTTPS是443。另一种是登记端口号，供新出的应用程序使用。为了防止重复需要到IANA注册。
客户端的端口号：数值为49152-65535。计算机本地分配的端口号。

怎么实现可靠的传输

可靠的传输需要什么呢。传输分为传输过程和接收过程，如果都不出问题，那么数据在传输中肯定可以到达终点，即可靠的传输。如果在传输中不出现差错，接收过程可以无限的接收，接收的缓存无限大的话，就是可靠的。但现实中和理想中的状况真的差太多了。现实中传输可能因为网络状况极差和网络超级阻塞，造成路由器丢弃数据导致传输过程造成差错。接收端的接收缓存更不可能是无效大的。所以我们只能选择当中间任何一个步骤出现差错时，发送端重新发送这个数据的方式，并根据接收的能力动态调节发送的速度来实现可靠的传输。

停止等待协议

通过名字就可以知道，这种方式的工作方式。发送端发送下一个数据的前提是收到了接收端的确认，如果一直没有收到确认并且超出了本地的超时计时器，就重新发送这个数据。这个过程中发送端需要缓存没有收到确认的数据，并且对数据进行编号，超时计时器的时间应该比传输的平均往返时间长。
但这中方式有一个缺点就是需要等待，等待的过程中，很多资源都被浪费了。那么怎么才能不等待呢？

连续ARQ协议

发送连续的n个分组，把等待的时间发送其他的数据，当收到过来的确认后，接着发送下一个数据。可以想象成一个窗口，先发送这个窗口内的所有数据，当窗口前面的数据收到确认后，就向后移动滑动窗口，发送窗口内新的数据。TCP协议中叫做滑动窗口协议。接收方一般采用累计确认的方式，不必对接收的数据都发送确认，而是按照顺序最后一个到达的分组进行确认。表示这个分组之前的所有分组都接收到了。这样也有缺点，即如果丢失中间的一个，那么后面的数据即使成功到达也会被发送端重新发送。通过这样的方式就可以完成不可靠的网络中的可靠传输。

运输层协议

UDP

用户数据报协议，在传输前不需要先建立连接，目的主机在收到UDP的报文后，不需要给出确认，可见是一种不可靠的传输方式。应用层DNS、DHCP、SNMP、NFS都是使用这个协议，他在IP协议上增加了什么功能呢，复用和分用肯定要有的，差错检测的功能也要有的。但是没有提供可靠传输，即如果数据错误，直接丢弃。不确认重传。
特点如下：

是无连接的：传输前不需要建立连接
使用尽最大努力交付：不保证可靠性
是面向报文的：对应用层下发的报文，增加了UDP首部后，直接传输。不做拆分和合并。
没有拥塞控制：因此网络出现拥塞时，还是按照原有的速率发出，速度不会下降。这对要起实时性的应用很合适，这种需求要求实时性，丢失数据倒是还好。但是没有拥塞控制，可能导致网络状态更差。
支持一对一、一对多、多对多
首部

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端口号、目的端口号、数据部分长度、检验和(检查数据报传输时差错，计算后如果是错误就丢失数据)，一共只有8字节。
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TCP

传输控制协议，在传输前需要先建立连接，传输完成要释放连接。目的主机收到报文后，确认没有没有差错，要发送确认。相比UDP真的多了好多开销。应用层HTTP，FTP等都是使用这个协议传输。主要特点：

面向连接的：传输前必须建立连接，传输完数据必须释放连接，就像打电话。
只支持一对一
提供可靠的交付服务，保证交付的数据不出错，不丢失，不重复，按需到达。
提供全双工的通信服务。发送和接受方都设有缓存，用来临时存放数据。
面向字节流：流是指流入到进程或从进程中流出的自己序列，把应用层下发的数据看成是一连串无结构的字节流。
起点终点是IP地址加端口好的套接字
首部： TCP提供的可靠传输服务所需的数据都在首部里，我们看看是怎么样的。

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「发送端口和目的端口」：和UDP一致
「序号」：上面实现可靠的传输中已经讲到了，如果要实现确认，就需要通过序号标记这段数据，由于TCP是面向字节流的，所以它的值就是这段数据在整条数据的开始位置字节数。占4字节
「确认号」：提供确认所用，表示期望收到对方下一个报文的第一个数据的序号。占4个字节。在确认报文中，如果确认好是400，那么表示400字节以前的所有数据都收到了。
「数据偏移」：指出TCP报文的数据部分距离TCP的起始处有多远。就是表示TCP的首部有多长
「紧急URG」：当这个值是1时，表示这是一个紧急的数据，应尽快送达。
「确认」：ACK是1时，确认号才有效，是0时，确认号无效。
「推送」：PSH如果是1，当收到这样的数据后，会立刻交付到上方的应用层，而不会等到接收的数据缓存满了。
「复位」：RsT是1是表示TCP连接出现了严重的差错，必须释放连接。
「同步」：SYN在连接建立是同步序。是1表示这是一个连接请求或连接接收报文。
「终止」：FIN用开释放一个连接，是1时表示发送方的数据已经发送完成了。需要释放连接
「窗口」：占2字节。这个数据可以动态调节发送方的发送窗口。如果接收方的接收缓存快满了，接收的速度赶不上发送的速度后，如果还是按照原来的速度发送，那么肯定会使接收方丢失数据，因为接收缓存会满。如果希望变慢点发送，就把窗口值变小。这个值一般是接收缓存的剩余字节数据。
「检验和」：占2字节，检验包括首部和数据两部分的数据，和UDP类似。
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「对比TCP和UDP的首部部分和可靠传输的原理，想想TCP是怎样实现可靠传输的？下一节会详细讲解TCP的部分，包括连接建立和可靠传输部分。」

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计算机网络教程 之 运输层(1) 可靠传输和TCP/UDP

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