【精选】计算机网络教程（第5章运输层）

前言

总结计算机网络教程课程期末必记知识点。

第5章运输层

1、用户数据报协议（UDP）

2、传输控制协议（TCP）

3、TCP/IP网络中的运输层协议

4、UDP的特点和应用

用户数据报协议（UDP）是一种在网络通信中常用的传输层协议。与传输控制协议（TCP）相比，UDP具有以下特点：

1. 无连接性：UDP是一种无连接的协议，通信双方不需要在传输之前建立连接。这意味着UDP在发送数据之前不需要进行握手、建立虚拟电路等操作，因此速度较快。
2. 不可靠性：UDP不提供数据包的可靠传输。一旦发送数据包，就无法确保数据包能够按照顺序、完整地到达目的地。如果数据包丢失或损坏，UDP不会重新发送或进行错误检查。
3. 高效性：由于UDP没有TCP那样的连接维护和流量控制机制，它的开销较小。这使得UDP在对实时性要求较高的应用场景中非常适用。

实际生活中，UDP协议常用于以下应用场景：

1. 实时音视频传输：UDP在实时音视频应用中非常常见。由于UDP传输速度快、延迟低，并且对数据丢失不敏感，因此常被用于视频会议、在线游戏、实时直播等需要实时传输的场景。
2. DNS查询：域名系统（DNS）使用UDP协议进行域名解析。当你在浏览器中输入一个网址，DNS服务器通过UDP协议将域名映射为相应的IP地址，以便让你的浏览器能够连接到正确的服务器。
3. 广播和多播：UDP支持广播和多播功能，可以将数据包同时发送给多个接收者。这在一些局域网中用于实现多人游戏、视频流传输等。

5、TCP的连接过程

三次握手，四次挥手

6、慢启动和拥塞避免

慢启动（Slow Start）和拥塞避免（Congestion Avoidance）是TCP（传输控制协议）中的两个重要机制，用于控制网络拥塞并优化数据传输性能。

1. 慢启动（Slow Start）： 慢启动是TCP连接刚开始发送数据时的一种策略。它的目标是在网络负载较轻的情况下，迅速找到合适的网络传输速率。具体流程如下：

• TCP连接刚建立时，发送方将拥塞窗口（congestion window）设置为一个较小的值。
• 每当收到一个确认（ACK）时，拥塞窗口就会加倍，即指数增长。
• 发送方继续以这种方式增大拥塞窗口，直到达到一个阈值，称为慢启动门限（slow start threshold）。

慢启动的目的是避免在网络负载较重时引发拥塞。通过逐渐增加发送速率，慢启动可以让发送方逐步感知网络的可用带宽，从而避免发送过多的数据导致网络拥塞。

1. 拥塞避免（Congestion Avoidance）： 拥塞避免是在慢启动阶段后和达到慢启动门限后的一种传输状态。它的目标是在网络拥塞的情况下，尽量减少数据包的丢失，从而避免进一步加剧网络拥塞。具体流程如下：

• 一旦达到慢启动门限，发送方将进入拥塞避免状态。
• 拥塞避免状态下，发送方的拥塞窗口按线性增长，在每一个传输轮次中只增加一个拥塞窗口大小的数据。
• 如果检测到数据包丢失，则表示网络可能已经发生了拥塞。此时，发送方会将慢启动门限设置为当前拥塞窗口的一半，并重新开始慢启动过程。

拥塞避免通过逐渐增加发送速率，但速度较慢，以防止过多的数据包在网络中积聚，从而减少网络拥塞的可能性。 慢启动和拥塞避免机制共同作用，可以使TCP连接根据网络的状况自适应地调整传输速率，避免网络拥塞并提高传输效率。

7、快速恢复

快速恢复（Fast Recovery）是TCP（传输控制协议）中的一种拥塞控制机制，用于在发生丢包时更快地恢复数据传输速率，以提高网络传输效率。 当发生数据包丢失时，TCP会认为网络出现了拥塞，并采取相应的措施来减少发送方的数据传输速率，以避免进一步加重网络拥塞。而快速恢复机制可以在减少发送速率的同时，更快地恢复到之前的传输速率，以提高效率。 具体步骤如下：

1. 发送方收到三个重复的 ACK（确认），表示有一个或多个数据包已被接收方接收但是有一个数据包丢失。
2. 当发送方收到第一个重复的 ACK 时，它会将拥塞窗口缩小一半，并将慢启动门限设置为当前拥塞窗口的一半。
3. 发送方继续发送数据，等待接收方确认已接收的数据。
4. 当发送方收到第二个和第三个重复的 ACK 时，它会认为接收方已经成功接收到后续的数据包，并不是因为网络拥塞导致的丢失。此时，发送方将拥塞窗口增加一个拥塞窗口大小的数据，而不是线性增长。
5. 发送方继续发送数据，从上一步骤中恢复的拥塞窗口大小开始。
6. 如果发送方再次收到重复的 ACK，则重新进入快速恢复过程。

通过快速恢复机制，TCP可以更快地从拥塞状态中恢复，避免了慢启动阶段的线性增长，提高了网络传输效率。这样可以使发送方更好地利用可用带宽，减少传输延迟，并最大化地利用网络资源。