從這篇部落格起來總結計算機網路中傳輸層的部分。

傳輸層服務和協議概述

傳輸層協議為執行在不同host上的程序也就是應用程序提供了一種邏輯通訊機制。什麼叫邏輯通訊機制呢？指的就是兩個程序之間彷彿是直接連線的，它不需要關心這期間有多遠的物理距離，經過了多少路由器，使用了哪些物理層等等。端系統執行傳輸層協議，其中傳送方將應用遞交的訊息分成一個或多個的報文段，並向下傳給網路層。接收方將接收到的報文段組裝成訊息並向上交給應用層。

傳輸層協議

可靠、按序的交付服務（TCP）

• 擁塞控制
• 流量控制
• 連線建立

不可靠的交付服務（UDP）

基於“盡力而為”的網路層，沒有做擴充套件。

複用和分用

複用：從多個報文段接收資料，為每塊資料封裝上頭部資訊，生成報文段，交給網路層。

分用：傳輸層依據頭部資訊將收到的報文段交給正確的socket，即不同的程序。如下圖所示：

主機2上面執行著兩個程序，分別是P1和P2，主機1的P3程序會給主機2的P1程序發報文段，主機3的P4程序會給主機2的P2程序發報文段，那麼主機2的傳輸層作為接收端就要進行多路分用，就是要將報文段正確的交給對應的程序。主機收到報文段之後，傳輸層協議提取IP地址和埠號資訊，將報文段導向相應的socket。

UDP

User Datagram Protocol使用者資料報協議，基於IP協議，進行多路複用/分用和錯誤校驗的工作。UDP提供一種盡力而為的服務模型，這是因為IP就是一種盡力而為的機制，而UDP在IP的基礎上沒有附加太多的東西所以就造成了這種不可靠的特性。UDP傳送方和接收方之間不需要握手，每個UDP段的處理獨立於其他段。

UDP為什麼存在？

1.UDP無需建立連線，所以就會減少延遲的時間，這也就是為什麼DNS用的是UDP而不是TCP。

2.實現簡單，無需維護連線狀態。

3.頭部開銷少。

4.沒有擁塞控制，應用可以更好的控制傳送時間和速率。

UDP的用途

常用於流媒體應用，容忍流失，速率敏感。還用於DNS，SNMP協議等。

在UDP上實現可靠性傳輸？

• 在應用層增加可靠性機制
• 應用特定的錯誤恢復機制

TCP

Transmission Control Protocol傳輸控制協議，是一種面向連線的、可靠的、基於位元組流的傳輸層通訊協議。有以下幾個特點：

• 點對點
• 可靠的，按序的位元組流
• 採用流水線機制
• 能夠對傳送方/接收方進行快取

通訊雙方在傳送資料之前必須建立連線，連線狀態只在連線的兩端中維護，在沿途節點中並不維護狀態。TCP連線包括：兩臺主機上的快取、連線狀態變數、socket等。

下圖是TCP的段結構

其中介紹一下這幾個標誌位

• ACK——確認連線
• RST——復位
• SYN——請求建立連線
• FIN——終止連線

seq序列號——報文段中的一個位元組的編號

ack——希望接收到的下一個位元組的序列號

TCP三次握手

如上圖所示簡述一下tcp三次握手的過程：客戶機發起建立連線的請求，傳送報文段SYN=1，seq為初始的序列號。伺服器端如果同意建立連線會返回一個報文段，SYN=1，ACK=1，選擇自己的初始序列號，ack=上一個報文段seq+1，表示上一段的訊息收到，下一次希望從這個位置開始接收資料。客戶端收到來自服務端的反饋時，ACK=1，seq=上一個報文段ack+1剛好就是客戶機所希望的，然後設定ack=上一個報文段seq+1。

為什麼要三次握手？

我所瞭解的原因有兩個。

第一，防止已經失效的連線請求突然傳送到了客戶端，也就是說當客戶端傳送連線請求後，伺服器一直沒有進行及時響應，後來突然進行這條請求的響應傳到了客戶端（我相信這時候客戶端是懵逼的），很顯然這時候這條響應已經失效了，但如果是兩次握手那麼這種情況就會造成一系列錯誤。

第二，假定客戶機給伺服器傳送連線請求，伺服器收到，傳送確認應答表示已經成功的建立連線並開始傳送資料。可是，客戶端在伺服器的應答在傳輸中丟失，客戶端不知道伺服器是否準備好，甚至懷疑是否收到連線請求。在這種情況下，客戶端認為伺服器連線未建立成功，將忽略服務端發來的資料，只能等待連結確認訊號，而服務端在發出超時後，重複傳送，形成死鎖。

TCP四次揮手

客戶端向伺服器傳送FIN控制 報文段，表示我已經沒有資料向你傳送了，請求斷開。服務端收到FIN後，回覆ACK，表示我收到你的關閉請求，進入等待關閉狀態。當服務端也沒有資料向客戶端傳送時，向客戶端傳送FIN表示我也沒有資料向你傳送。客戶端收到FIN後，回覆ACK，表示我收到你的關閉請求，進入最終確認狀態。傳送到服務端後，連線關閉。

為什麼要四次揮手？

這是由於TCP的半關閉造成的，因為在客戶端給服務端傳送關閉請求服務端也給予迴應後，服務端給客戶端資料是流動的，也就是說服務端是可以向客戶端傳送資料的。所以，必須要再進行一次確認關閉，才能完全結束這個過程。

TCP流量控制

接收方為TCP連線分配buffer，左邊是IP傳遞來的資料，右邊傳遞給上層的應用程序。上層應用可能處理buffer中的資料的速度較慢，但是傳輸的速度又比較快，可能會導致buffer溢位，所以就要利用流量控制來控制傳輸的速度和數量，避免buffer溢位淹沒接收方。