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专(zhuān)业知识

计算机网络知识点的干货总结 (第五章)运(yùn)输层

运(yùn)输层的(de)作用

运输层向它上面的应用(yòng)层提供通信服务(提供端到端,进程到进程的可靠通信),为运行在不同 host 上(shàng)的进程(chéng)提供逻辑通信,向高层(céng)用(yòng)户(hù)屏蔽通(tōng)信子网的细节

2.UDP 和 TCP 的特点,及使用(yòng)它们的应用(yòng)程序,熟(shú)知(zhī)端口号

UDP 和 TCP 的特点:

UDP

支持(chí)单(dān)播、多播、广播

无连接,不可靠(kào)

可(kě)以任何速率发送(sòng)数据

TCP

仅单播,不支持多播、广播

面(miàn)向连接,可靠按序

流量控制(发送速率不超过接收方的(de)接收能力)

拥塞控制(网(wǎng)络过载时限(xiàn)制发送方的发送速率)

及使用它们的应用程序:

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熟知端口号

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3.UDP:首(shǒu)部格式(shì),检验和

首部格式

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检验和

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发送端:

先设置检验和字段(duàn)为 0

每(měi)两(liǎng)个(gè)字节(jiē)为一组,进位累(lèi)加求和,多出的(de)加到最后一位(wèi)

把求和结果求反,求反(fǎn)即转换成 2 进制后,0 变 1,1 变 0

把计算结(jié)果放(fàng)入检验和字段

接收端

把(bǎ)每 2 个字节为一组,进位累加求(qiú)和

把(bǎ)求和结果求反:为(wéi) 0 即未检验出差错(不排除没检测出(chū)来的错误)

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4.TCP 的首部格式(端口号,序号(hào),确认号,窗口(kǒu),首部长度,检验和,6 个标志位)

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端口号:各占 2 个字节
当访问百度时,源端口使(shǐ)用客户端系统随机分配的端口号,目的端口是使用(yòng)熟知端口号 80
序(xù)号:占 4 个字节(jiē)。序号范围是【0~2^32-1】,循环使用
确认号:占 4 个(gè)字节(jiē),是期望收到对方下(xià)一个报文段的第一个数据字节的序号。若确(què)认号(hào)为 N,则(zé)代表(biǎo):序号 N-1 为(wéi)止的所(suǒ)有(yǒu)数据都(dōu)已正确收到
窗口:占 2 个字节。窗口值是【0~2^16-1】之间(jiān)的(de)整数。窗口(kǒu)指(zhǐ)的是(shì)发送本报文段的一方的接收(shōu)窗口。窗口值(zhí)告诉(sù)对方(fāng):从本报(bào)文段首部中的确认号算起,接收方目前(qián)允许对方发送的数据量。窗口(kǒu)值作为接收(shōu)方(fāng)让发送方设置其发送窗口的依据。
窗口(kǒu)字(zì)段明确指(zhǐ)出了(le)现在允许对方发送(sòng)的数据(jù)量。窗口值经常在动态变化着
首部长(zhǎng)度:占(zhàn) 4 位,也叫数(shù)据(jù)偏移(yí),最小 20,最大(dà) 60
检验和:占 2 位,检验和字段检验的范围包括首(shǒu)部和数(shù)据两部分
6 个标志位(wèi)

紧急(jí) URG:当 URG=1 时,表明紧(jǐn)急(jí)指针字段有效。紧急指针(zhēn):指出在本报文段中(zhōng)紧(jǐn)急数据共有多少个字节(紧(jǐn)急(jí)数据放在本报文段数据(jù)的最前面)

确认 ACK:只有(yǒu)当(dāng) ACK=1 时确认号字(zì)段才有效

推送 PSH:接收方 TCP 收到 PSH=1 的报文段,就(jiù)尽快地交付(fù)接(jiē)收(shōu)应(yīng)用(yòng)进程,而不再等到整个(gè)缓存都(dōu)填满(mǎn)了后再向(xiàng)上交付

复位 RST:当(dāng) RST=1 时,表明 TCP 连(lián)接中出现严重差错,重新建立(lì)运输连接

同步 SYN:同步 SYN=1 表示这是一个连接请求或连(lián)接接受报文(wén)

终止 FIN:FIN=1 表明(míng)发送端的数据已发送完毕,并要求释放运输连接(jiē)

5.TCP 的可(kě)靠(kào)传输(shū):超时重传机制,TCP 流量控制(zhì)(序号,确认号,确认标志(zhì)位,窗口,死(sǐ)锁问题与持续(xù)计时器),发送缓存和接受缓存的作用(yòng),捎带确(què)认与(yǔ)累积确认

超时重(chóng)传机制
超时计时(shí)器时间 RTO:RTO=RTTs+4*RTTD
测(cè)量多个 sampleRTT 求平均值,形成 RTT 的估计值(zhí) RTTs:
RTTs=(1-α) * RTTS+α * SampleRTT 典型值α=1/8
测量 RTT 的变化值:RTTs 与(yǔ) SampleRTT 的差值(zhí):
RTTd=(1-β) * RTTD+β * |RTTs-SampleRTT| 典型值:β=1/4
TCP 流量控制(zhì)(序号,确(què)认号,确认标志位,窗口,死锁问题与持续(xù)计时器(qì)) :

序号:发送窗口里面的(de)序号表示允(yǔn)许发送的序号

确认号(hào):表明主机期(qī)望收到的下一个序号,而上一个(gè)序号位置的数据(jù)已经收到了

确认标志位:

窗(chuāng)口:窗口指(zhǐ)的是发送本报文段的(de)一方的接收(shōu)窗口;发送窗口表(biǎo)示:在没有收到 B 的确认(rèn)的情况(kuàng)下(xià),A 可以连续(xù)把窗口内的数(shù)据(jù)都发送出去。

死锁问题(tí):发送方等(děng)待接收(shōu)方通知窗口大小,接收方等待(dài)发送方发送数据

持续(xù)计时器:当发送方收到接收方的零窗口通知,启动持续计时器。若持(chí)续计时器到期,就发送一个零窗口探测报文段

接收方发(fā)送的确认报文(wén)段中:
若窗口仍是零(líng),则(zé)重置持续计时器
若(ruò)窗口不是零,则(zé)死锁(suǒ)打开
发送缓存和(hé)接受缓(huǎn)存的作(zuò)用(yòng)

发送方应用进程把数据发送(sòng)到 TCP 的发送缓存;发(fā)送(sòng)缓存(cún)暂时存放:1 准备发送的(de)数(shù)据;2 已发送未确定的数据

接(jiē)收方应用进程从 TCP 的接(jiē)收缓存中读取字节流;接收缓(huǎn)存(cún)暂时存(cún)放:1 已收到但尚未提(tí)交的数(shù)据;2 失序的数(shù)据(jù)
捎带(dài)确认(rèn)与累积确认(rèn)

累积确认:即不必对收到(dào)的(de)分组逐个发(fā)送(sòng)确认,而是对按序到达的最(zuì)后一个分组发(fā)送确认,这样就表示(shì):到这个(gè)分(fèn)组位置的(de)所有分(fèn)组都已正(zhèng)确收(shōu)到了

捎带确认:当一个数(shù)据(jù)帧到达的时候后,接(jiē)收方并(bìng)不是立(lì)即(jí)发(fā)送(sòng)一个单独的控制帧,而是抑(yì)制(zhì)一下自己并(bìng)且开始等(děng)待,知道网络层传递给他下一个分(fèn)组,然后(hòu),确认信(xìn)息(xī)被附在往外发(fā)送(sòng)的数据(jù)帧中(使用帧头中的 ack 域)。实际(jì)上,确认(rèn)报文搭了下一个外发数据帧(zhēn)的便车。

6.TCP 的拥塞控制:网络拥(yōng)塞的判断,传(chuán)输轮次与拥塞窗(chuāng)口大小的关系(xì)(慢开始与拥(yōng)塞避免,门限(xiàn) ssthresh,重传计时器超时与三个重(chóng)复 ACK)

网络拥塞(sāi)的判(pàn)断:重传(chuán)定时器超(chāo)时
*** 传输轮次与拥塞窗口(kǒu)大小的(de)关系(慢开始(shǐ)与拥塞避(bì)免,门(mén)限 ssthresh,重传(chuán)计时器(qì)超时与三个重复 ACK)***:

慢(màn)开始:每经过一(yī)个 RTT,cwnd 翻倍(bèi)

拥塞避(bì)免:每(měi)经过一个 RTT,cwnd 加一

慢开始门限 ssthresh:当 cwnd = ssthresh 时由指数(shù)增长切(qiē)换为线性(xìng)增长;ssthresh=24 时(shí),重(chóng)传计时器超时,发送(sòng)方判断为网络拥(yōng)塞。调整 ssthresh=cwnd/2,拥(yōng)塞(sāi)窗口 cwnd=1,执行慢开(kāi)始

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7.TCP 连接:TCP 的套接字,三次握手建(jiàn)立 TCP 连接,四次握(wò)手释放 TCP 连接

TCP 的套接字(zì):就是对网络中不同主机上的(de)应用(yòng)进(jìn)程之间进行双向通信的端(duān)点的抽象。一个(gè)套(tào)接字就是网(wǎng)络上进程通信的一端,提供(gòng)了应用层进程利用(yòng)网络协(xié)议(yì)交换数据的机制
三次(cì)握手建立 TCP 连接:

刚开始(shǐ)客户端 A 和服务端 B 都是(shì)关(guān)闭的(de)

B 的 TCP 服务器进(jìn)程被动打开,准(zhǔn)备接(jiē)受客户进(jìn)程的连接请求(qiú)

A 主动(dòng)打开,A 向 B 发(fā)出(chū) SYN 报文段,选(xuǎn)择初(chū)始序号,不(bú)携带数据。SYN=1,SEQ=X

B 收到(dào) SYN 报文段,发回 ACK 报文段,选择初始序(xù)号,分配缓(huǎn)存,不携带数(shù)据。SYN=1.ACK=1.SEQ=Y,ack=x+1

A 向(xiàng) B 发送 SYN+ACK 报文段,可携带数据。通知上层应用进程:TCP 连接已建立。

B 通知其上(shàng)层应用进(jìn)程 TCP 连接(jiē)已经建(jiàn)立。

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四次握(wò)手释放 TCP 连接(jiē):

客户端 A 主动关闭。A 向 B 发出 FIN 报文(wén)段,并停止发送是数据。FIN=1,seq=u

B 通知应用进(jìn)程。B 收到 FIN 报文段,回复 ACK 报文(wén)段(duàn)。TCP 连接处于半关闭状态:B 仍可(kě)发(fā)送数据。ACK=1,seq=v,ack=u+1

B 被动(dòng)关闭。若 B 已经没有要向 A 发送的数据,向 A 发送 FIN 报(bào)文(wén)段。FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1

A 收到 FIN 报文段后,必须发出 ACK 报文段。ACK=1,seq=u+1,ack=w+1

B 收到 ACK 报文段后,TCP 连接关闭。

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