TCP与UDP：运输层协议详解及可靠通信实现

"本资源是计算机网络课件的第五章，主要内容涉及运输层协议，包括TCP和UDP，以及可靠通信的实现。重点讲解了ARQ协议、TCP的连接管理、可靠传输机制、流量控制和拥塞控制等核心概念。" 在计算机网络中，运输层是OSI模型的第四层，其主要任务是为应用层提供端到端的通信服务。运输层协议分为两种主要类型：用户数据报协议UDP和传输控制协议TCP。UDP是一种无连接的、不可靠的传输协议，适合于对实时性要求较高的应用，如VoIP和在线游戏。而TCP则是一种面向连接的、可靠的传输协议，广泛应用于网页浏览、电子邮件和文件传输等场景。 在实现可靠通信的过程中，ARQ（Automatic Repeat reQuest）协议起着关键作用。ARQ允许接收方通过确认机制通知发送方哪些数据已经正确接收，哪些需要重传。在TCP中，这个过程是自动进行的，无需接收方主动请求重传。TCP的可靠传输机制包括停止等待协议和连续ARQ协议，前者每次只发送一个报文段并等待确认，后者则可以连续发送多个报文段，并且通过滑动窗口机制来控制发送速率和确认反馈。 TCP报文段的首部包含了序列号、确认号、窗口大小等字段，这些字段用于实现可靠传输和流量控制。滑动窗口协议允许发送方在一个窗口内的报文段无需等待确认即可连续发送，提高了效率。同时，通过设置合适的超时重传时间，TCP可以确保丢失的数据能够被及时重传。此外，TCP还支持选择确认SACK，允许接收方只确认丢失的数据段，而不是整个序列。 TCP的流量控制机制使用滑动窗口来限制发送方的发送速率，防止接收方被过量的数据淹没。同时，为了兼顾传输效率，TCP会根据网络状况动态调整窗口大小。拥塞控制则是防止网络拥塞的重要手段，包括慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等多种策略。随机早期检测RED是一种预防拥塞的方法，它在检测到网络负载即将达到临界点时，随机丢弃一些数据包以减少拥塞。 TCP的连接管理包括连接建立和释放过程。三次握手确保了连接的可靠建立，而四次挥手则确保了数据的完整传输和连接的正确关闭。TCP的连接状态机则描述了连接从建立到结束的所有可能状态及其转换。 运输层通过TCP和UDP等协议，以及各种控制机制，确保了应用层间的可靠、高效通信。在不可靠的网络环境中，这些机制为端到端的通信提供了强大的保障。