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一、传输层和网络层的关系

三、传输层的多路复用和多路分用

将一个数据包分为多段（在应用层），并为每个数据封装加入头部数据生成一个segment报文段，通过socket接口发送给网络层

收到多个报文段，传输层根据头部数据的目标端口号分给不同的socket，再给到相应的进程

跟目标的ip地址和端口号有关，跟源地址和端口号无关

会为每个连接开启不同的socket

服务端有主进程，当外部有报文进来的时候，主进程会创建一个子进程与之通信，所以一个主进程会对应多个socket，每个socket通过四元组属性标识一个源主机（的某个socket）

一般采用多线程机制，线程耗用资源比进程少得多
一个进程对应多个线程，一个线程对应一个socket

四、可靠的数据传输原则

可以令数据在不可靠的信道上进行可靠传输
rdt_send()：接受应用层数据，并发送给rdt协议
udt_send() ：被可靠传输协议调用，在不可靠信道中传输数据
rdt_rcv() ：接收到不可靠信道中数据，并发送给rdt协议

事件或者操作引起状态1向状态2转变

考虑错误，但不考虑丢包

解决重复接受分组报文→加入分组序号

• 发送方两个序号就足够用了
• 发送方需要两个状态机表示
• 不能确定发送方是否正确接受确认/否定报文

既考虑有错误，也有丢包

收到非预期的（或者重复的）应答报文：
//什么都不做，等待计时器超时
当该报文的计时器超时：
收到预期的肯定应答报文：
//当出现延迟而重复接受分组报文的时候，
因为不能及时收到应答报文，将会重传分组报文，接受方也会重复收到分组报文，因此也会重复发送应答报文

• rdt3.0协议将会占用更多的传输资源

流水线技术允许发送方使用滑动窗口技术在收到ACK之前连续发送多个分组。 必须增加序号范围，因为每个输送中的分组（不计算重传的）必须有一个唯一的序号，而且也许有多个在输送中未确认的报文 协议的发送方和接收方要能缓存多个分组。发送方至少要能缓存那些已发送但没有确认的分组，接收方可能要缓存那些已正确接收的分组

a.当接收方接受到一个pkt报文时，会对序号为n的分组的确认采取累积确认的方式， 即接受方发送连续的、拥有最高序列号的分组的ACK，表明自己已正确接收到序号≤n的所有分组。
b.重传：发送方每发送一个pkt报文，都会为其设置一个计时器，当计时器超时时将会选择重传该报文
c.产生重复的ACK：乱序到达的分组直接丢弃（接收方无需缓存）重新确认序列号最大的、按序到达的分组
d.缓存：接收到无序的报文时会立即抛弃，接收方没有缓冲区，发送方会设立缓存区保存上层应用发来的数据

• 过于浪费带宽， 许多分组根本没有必要重传

a.发送方：当从上层接收到数据后，发送方检查下一个可用于该分组的序号，如果序号位于发送方的窗口内，则将数据打包并发送，否则将缓存起来
send_base：基序号（序号最小的已发送报文
nextseqnum：下一个可用的分组序号
b.窗口前移：收到的ACK报文序号等于发送窗口基序号send_base（窗口中最左边的那个序号）, 则整个窗口向前移动到具有最小序号的未确认处
c.缓存：接收到无序的报文时会检查该报文序号是否在接受窗口内（[rcv_base， rcv_base + N-1] ）如果该分组以前没收到过，则缓存该分组，并发送ACK报文。如果该分组序号已经存在，或者是在基序号之前的已接受的分组，也还要重新发送ACK报文。如果是按序到达的（分组序号等于rcv_base基序号），则将以前缓存过的所有连续分组发送给应用。
d.窗口大小：发送方和接收方窗口大小之和应该小于2的k次幂，k是序列号的位数，例如有0，1，2，3四个序号能用两个比特位表示00，01，10，11，k就等于2。如果发送窗口第一个分组没有收到ACK报文的话，就不能往前滑动，必须等到基序号的分组收到ACK报文。

六、传输层的UDP协议

UDP的校验和 = 伪首部 + 首部 + 数据部分，一起都检验

UDP检验和的计算方法是：

1. 按每16位求和得出一个32位的数；
2. 如果这个32位的数，高16位不为0，则高16位加低16位再得到一个32位的数；
3. 重复第2步直到高16位为0，将低16位取反，得到校验和。
   

七、传输层的TCP协议

source port ：源主机端口号（占用两个字节16位）
dest port ：目标主机端口号（占用两个字节16位）
sequence number ：本报文数据中（application data）的第一个字节在数据流中的序号 ，一般的起始序号是随机生成的（占用四个字节32位）
acknowledgement number ：接收方期望收到的下一个报文数据第一个字节的序号（占用四个字节32位）
head length ：报文首部长度 / 数据偏移地址。（占用4位）偏移地址最长60字节 ？？？
not used：保留字段（占用6位）
URG ：紧急字段，值为1时紧急数据（urg data）有效（占用1位）
ACK ：确认应答，值为1时为确认应答报文（占用1位）
PSH ：立即提交字段，值为1时将尽快提交该报文（占用1位）
RST ：重连字段，重新建立连接（占用1位）
SYN ：同步字段，值为1时表示该报文是连接请求（占用1位）
FIN ：终止标志字段，值为1时释放该连接（占用1位）
receive window ：窗口字段，表示接收方缓存的大小（占用两个字段16位）
checksum ：校验和字段（占用两个字段16位）
Urg data point ：应急数据指针字段，指向应急数据最后一个字节，表明了它的大小，应急数据通常是在数据刚开始的地方（占用两个字段16位）
options：选项字段（长度可变，加入填充字段令其严格等于32位的倍数）

发送方序号seq是42，并且只发送了一个字节”C“，因此接收方返回的ACK是42+1=43，发送方的ACK表示其下一次预期收到的seq序号，即seq=79
同理，发送方收到接收方的报文后，因为还是传输的一个字节，再次发送报文

• RTT(Round-Trip Time)往返时间：表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（总共经历的时间。由三个部分决定：链路的传播时间、末端系统的处理时间、路由器的缓存中的排队和处理时间
• 发送多个测试报文确定该网络下的RTT时间（每隔一个时间段不断修正均值）

TCP可靠传输建立在不可靠传输链路上：

在建立连接的三次握手中，发送方会在握手包中附带 receive window 缓冲区大小参数 ，以限制发送方传输的速率

其原因是由于TCP的头部窗口字段只有16bit，最多表示64k,为了表示更大的窗口，使用了可选的放大倍数

cwnd参数用于慢启动机制中，表示发送方在得到接收方确认前，最大允许传输的未经确认的数据（拥塞窗口大小），它不出现在TCP报文中，是发送方的内部参数。

cwnd 参数是根据网络情况动态调节的。关于cwnd拥塞窗口介绍在下文的 八-4 中有更详细的介绍。

再运行客户端发送端口：

TCP的三次握手机制：

SYN 同步标识位置1表示这是一个握手包
Seq是该报文的序号，其初始值x、y是随机生成的，防止被攻击
ACK确认标识位置1表示接收方收到报文，ACKnum有效
ACKnum是确认序号，也是下一次期待接受的序号 x+1 （x为接收到报文的Seq加上接收到的报文的长度）

当FIN置1时，表示该报文请求关闭连接

发送方在收到接收方的应答报文后不再主动发送数据，而是在一段时间内等待接收方再次发送一个请求关闭的报文，这是防止在关闭过程中有丢包，如果超时了没收到，就会重发带FIN置1的关闭报文。

• 当A主机向C主机发送数据占用了路由器L1的全部缓存时，D主机向B主机发送的数据将会被阻塞，在路由器L1里被丢弃，造成严重丢包。
• 又或者是当A主机→B主机发送数据占用了链路的全部带宽，导致了D主机→B主机所共用的路由器L1左侧的链路不通，也会造成时延过大。

发送方通过判断是否丢包严重 / 时延过大，来确定是否产生了拥塞

路由器向发送方提供网络情况反馈，

2-2、CBR 恒定的带宽速率

• NI标志位：没有增量，当交换机预测紧急拥塞时，这些设备典型地设置NI位
• CI标志位：拥塞指示，减少发送流量
• ER标志位：明确信元速率
• EFCI：明确正向拥塞指示，让接收方的CI标志位置1

按照拥塞控制方法的不同，现行使用的TCP分为几个版本：Tahoe，Reno，NewReno，Vegas，SACK 等。
下面主要讲的是Reno版本的TCP拥塞控制机制。

通过控制拥塞窗口（发送窗口）的大小来控制发送速率。

TCP拥塞控制机制方法主要分为如下4个阶段：

慢启动机制 & 阻塞控制

虽然流量控制可以避免发送方过载接收方，但是却无法避免过载网络，这是因为接收窗口「rwnd」只反映了服务器个体的情况，却无法反映网络整体的情况。cwnd 参数的初始值往往比较小，然后随着数据包被接收方确认，窗口成倍扩大，所以被称为慢启动

那么红色部分就是随着「cwnd」的增加，当出现网络过载，丢包后，「cwnd」的大小会减少至一半，即把cwnd增加的阈值。

• 丢包分两种，一是超时，Reno和Tahoe的阈值都减半，拥塞窗口都=1
• 二是三次重复应答，Tahoe阈值减半，拥塞窗口=1
  ，而Reno阈值减半，拥塞窗口减半

• 在每一次丢包后（TCP协议会让他收到三次重复），横坐标纵坐标都减半，然后再以k=1线性增加

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