运输层协议详解：TCP与UDP

"运输层-计算机网络自顶向下方法(第四版)第三章" 本章主要探讨了计算机网络中运输层的重要概念和服务，包括复用/分解、可靠数据传输、流量控制以及拥塞控制等核心原理。运输层是连接应用层和网络层的关键层次，它负责在不同主机上运行的应用进程间提供逻辑通信。 1. 运输层服务 运输层的主要任务是为应用层提供服务，包括无连接和面向连接两种传输方式。无连接服务如UDP（用户数据报协议）适合于对实时性和效率要求高的应用；面向连接服务如TCP（传输控制协议）则确保数据的可靠传输，适用于对数据完整性有高要求的应用。 2. 复用与分解 复用是指在发送端，运输层将来自不同应用层进程的数据包（应用报文）分解为较小的数据段，并附加相应的端口号以便在网络层进行区分。在接收端，运输层将接收到的数据段重新组合成原始的应用报文。 3. UDP: 无连接传输 UDP是一种简单且高效的数据传输协议，它不建立连接，也不保证数据的可靠传输。因此，UDP适合于实时应用，如音频、视频流媒体，因为这些应用对数据丢失的容忍度较高，但对延迟敏感。 4. 可靠数据传输原则 TCP通过各种机制实现可靠数据传输，包括序列号、确认应答、重传、流控制和拥塞控制。例如，rdt1至rdt3代表了可靠数据传输协议的逐步增强，从简单的确认应答到包含重传和流量控制的更复杂策略。 5. TCP: 面向连接的传输 TCP提供了一种面向连接的、可靠的、全双工的传输服务。它通过建立连接来保证数据传输的可靠性，包括报文段结构（含头信息和数据）、序列号和确认应答、三次握手建立连接、四次挥手释放连接等。TCP还具有流量控制机制，以避免接收方来不及处理发送方的数据。 6. 流量控制 流量控制是防止发送方过快发送数据导致接收方缓冲区溢出的一种手段，TCP使用滑动窗口协议来实现这一功能。通过调整发送方的发送窗口大小，可以动态地调整数据传输速率。 7. 拥塞控制 拥塞控制是为了防止网络中过多的数据导致网络拥塞。TCP通过慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等策略来探测和控制网络中的拥塞。 8. TCP拥塞控制机制 TCP使用拥塞窗口(cwnd)和慢启动阈值(ssthresh)来调整发送速率。当网络出现拥塞迹象时，TCP会减小cwnd，进入拥塞避免阶段，或者快速恢复以尽快恢复正常的传输。 9. TCP性能指标 TCP吞吐量、公平性和时延模型是评估TCP性能的关键指标。吞吐量衡量的是TCP在无拥塞情况下的传输速率；公平性指的是多个TCP连接在共享带宽时的分配策略；时延模型则关注从数据发送到接收所需的时间。 运输层在计算机网络中起着至关重要的作用，其设计和实现直接影响到网络的性能和应用的用户体验。通过深入理解运输层的服务、协议和机制，我们可以更好地优化网络通信，提高网络效率和质量。