TCP与UDP：运输层协议详解及信道利用率探讨

"该文件是关于计算机网络的课件，特别是关于运输层的讲解，涵盖了信道利用率、停止等待协议、TCP和UDP协议、可靠传输、流量控制、拥塞控制以及运输连接管理等多个关键知识点。" 在计算机网络中，运输层是网络协议栈中的一个重要层次，它负责为应用层提供端到端的通信服务。本课件特别强调了信道利用率的问题，指出停止等待协议虽然简单，但其效率低下，因为这种协议会导致信道大部分时间处于空闲状态。信道利用率是衡量通信链路有效性的指标，高利用率意味着数据传输更高效，但同时也可能增加冲突和错误的可能性。 运输层有两个主要协议：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，适用于对实时性要求高的应用，如视频流媒体。其首部简洁，减少了开销，但也意味着没有内置的错误检测和纠正机制。 相比之下，TCP是一种面向连接的、可靠的传输协议，它确保数据的顺序传输和无损传输。TCP通过建立连接、使用滑动窗口机制进行流量控制、实施拥塞控制以及采用超时重传等策略来保证数据的可靠性。TCP的连接建立包括三次握手过程，而连接释放则涉及到四次挥手，这些细节都是为了确保通信的稳定性和可靠性。 在TCP中，为了提高信道利用率，采用了连续ARQ协议，允许发送方在未收到确认之前连续发送多个数据段。同时，TCP还引入了选择确认SACK，允许接收方只确认丢失的数据段，而不是整个序列，从而减少了重传的开销。 此外，TCP的流量控制和拥塞控制机制是保证网络稳定的关键。流量控制通过滑动窗口机制防止发送方过快发送数据导致接收方无法处理。拥塞控制则旨在避免网络中的数据包过多，导致拥塞。常见的拥塞控制方法包括慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等策略。随机早期检测RED是一种有效的预防拥塞的方法，它在检测到网络拥塞迹象时提前采取行动，避免全局同步现象。 运输层的端口是区分不同应用进程的关键，每个进程都有一个唯一的端口号，使得运输层能够正确地将数据送达目标应用。这些概念和协议是理解计算机网络中运输层功能和工作原理的基础，对于网络设计、优化和故障排查具有重要意义。