运输层详解：从UDP到TCP与拥塞控制

"互联网检查和例子-计算机网络自顶向下方法(第四版)第三章" 在计算机网络领域，运输层是网络模型中的一个重要层次，它负责在不同主机上的应用程序进程间提供逻辑通信。《计算机网络：自顶向下方法》一书中详细介绍了运输层的相关概念和服务。本章特别关注了运输层的复用与分解、无连接传输（UDP）和面向连接的传输（TCP），以及可靠数据传输、流量控制和拥塞控制等关键原理。 1. 运输层服务： 运输层的主要任务是确保数据在源进程和目的进程之间正确、高效地传输。服务包括复用（Multiplexing）和分解（Demultiplexing），即多个应用进程可以共享同一物理连接，而运输层能将数据包正确地路由到对应的应用进程。 2. 复用与分解： 复用是指运输层将来自多个应用进程的数据流合并成单一的数据流，通过网络层发送；而分解则是接收端的运输层将接收到的数据流拆分成原始的数据包并传递给相应的应用进程。 3. UDP（User Datagram Protocol）： UDP是一种无连接的传输协议，提供快速、简单但不可靠的数据传输。它不保证数据的顺序或可靠性，适用于对实时性要求高但对数据丢失容忍度较高的应用场景，如音频和视频流媒体。 4. 可靠数据传输原则： 运输层通过各种机制来实现可靠传输，如RDT（Reliable Data Transfer）协议。RDT1、RDT2和RDT3分别引入了确认、重传和错误检测机制，以确保数据准确无误地到达接收端。 5. TCP（Transmission Control Protocol）： TCP是面向连接的传输协议，提供可靠的数据传输服务，保证数据的顺序和完整性。它包括报文段结构、可靠传输、流量控制、连接管理和拥塞控制等机制。 6. TCP报文段结构： TCP报文段包含首部和数据部分，首部包含了用于确认、流量控制和拥塞控制的字段，如序列号、确认应答号、窗口大小等。 7. TCP的可靠传输： TCP通过使用序列号、确认应答、重传定时器和选择确认等机制来确保数据的可靠传输。 8. 流量控制： 流量控制防止发送方过快发送数据，导致接收方无法处理，通过滑动窗口机制限制发送速率。 9. 拥塞控制： TCP通过慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复算法来防止网络拥塞，并且努力保持网络的公平性和稳定性。 10. TCP拥塞控制机制： 慢启动用于在网络中寻找合适的发送速率，拥塞避免阶段则逐渐增加发送速率，当检测到可能的拥塞迹象时，快速重传和快速恢复机制会迅速做出响应，减少拥塞的影响。 11. TCP性能： TCP吞吐量描述了在给定网络条件下TCP能够传输数据的速率，而TCP公平性则关注在共享网络资源时，多个TCP连接之间的相对速率。 12. 时延模型： TCP的时延模型考虑了发送、传播、处理和排队等多种因素，这些因素影响了数据从发送端到接收端的传输时间。 总结来说，运输层在计算机网络中扮演着至关重要的角色，它不仅提供了应用层与网络层之间的接口，还通过TCP和UDP等协议实现了复杂的数据传输策略，以满足不同应用场景的需求。理解运输层的工作原理对于网络通信的理解至关重要。