在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)輸層扮演的角色就是保證數(shù)據(jù)包的可靠性愉豺，即數(shù)據(jù)包的完整性及數(shù)據(jù)的發(fā)送順序性
網(wǎng)絡(luò)層與運(yùn)輸層的關(guān)系與差異
網(wǎng)絡(luò)層
在五層模型中網(wǎng)絡(luò)層位于運(yùn)輸層之下篓吁，它提供的是不同鏈路的主機(jī)與主機(jī)之間交付數(shù)據(jù)的IP服務(wù)，IP是不可靠的服務(wù)蚪拦，即不保證數(shù)據(jù)的完整性和有序性杖剪，只負(fù)責(zé)主機(jī)和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，在網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱之為數(shù)據(jù)報(bào)驰贷。IP地址是網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)的唯一標(biāo)識(shí)盛嘿，網(wǎng)絡(luò)層能夠跨越不同的數(shù)據(jù)鏈路，在不同的數(shù)據(jù)鏈路之間實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的傳遞括袒，這一跨越數(shù)據(jù)鏈路的過(guò)程主要依靠路由控制實(shí)現(xiàn)次兆，而路由控制通過(guò)對(duì)IP的多跳路由將數(shù)據(jù)包跳到相應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的路徑，經(jīng)過(guò)多次路由跳到達(dá)目的地锹锰，這個(gè)過(guò)程又要依賴路由器的路由表芥炭，它記錄了下一步IP數(shù)據(jù)該轉(zhuǎn)發(fā)給哪個(gè)路由器
運(yùn)輸層
運(yùn)輸層主要負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)層接收?qǐng)?bào)文段實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)上的進(jìn)程之間的通信痢士。
在發(fā)送端彪薛，它將應(yīng)用程序進(jìn)程接收的報(bào)文轉(zhuǎn)換成運(yùn)輸層分組，運(yùn)輸層分組簡(jiǎn)稱報(bào)文段良瞧，實(shí)現(xiàn)方法是將應(yīng)用報(bào)文切分成小塊并加上運(yùn)輸層首部就生成了運(yùn)輸層報(bào)文段陪汽。然后將報(bào)文段傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。
在接收端褥蚯，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)包提取運(yùn)輸層報(bào)文段挚冤，將其交給運(yùn)輸層，運(yùn)輸層再將其發(fā)送給應(yīng)用進(jìn)程使用赞庶。
在運(yùn)輸層主要依賴的兩種協(xié)議分別是UDP和TCP,兩種協(xié)議的最基本任務(wù)就是將主機(jī)端的IP交付服務(wù)擴(kuò)展為進(jìn)程間的交付服務(wù)训挡，這種擴(kuò)展就是運(yùn)輸層的多路復(fù)用和多路分解
多路復(fù)用和多路分解
套接字：一個(gè)進(jìn)程有一個(gè)或者多個(gè)套接字用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包
多路復(fù)用：多路復(fù)用主要是收集各個(gè)進(jìn)程的套接字中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊澳骤，并且為每個(gè)數(shù)據(jù)塊加上首部信息形成報(bào)文段，然后將其傳遞到網(wǎng)絡(luò)層中澜薄。
多路分解：多路分解主要是負(fù)責(zé)將運(yùn)輸層的數(shù)據(jù)交付到正確的進(jìn)程套接字中
無(wú)連接運(yùn)輸：UDP
UDP是面向無(wú)連接为肮，不可靠的運(yùn)輸協(xié)議，除了最基本的多路復(fù)用肤京、多路分解及差錯(cuò)檢測(cè)外颊艳，幾乎沒(méi)有對(duì)IP數(shù)據(jù)包增加別的東西。UDP從應(yīng)用程序得到數(shù)據(jù)后忘分，附加上多路復(fù)用和多路分解的源端口號(hào)和目的端口號(hào)后形成報(bào)文段交給網(wǎng)絡(luò)層棋枕，網(wǎng)絡(luò)再將其封裝到IP數(shù)據(jù)報(bào)中，將其發(fā)送給接收的主機(jī)妒峦，達(dá)到主機(jī)后UDP使用報(bào)文段中的端口號(hào)將其交付給相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)程重斑，使用UDP的過(guò)程沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何的握手，因此UDP是無(wú)連接的肯骇。DNS就是典型的UDP協(xié)議的應(yīng)用窥浪，還有實(shí)時(shí)視頻，網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言電話等流式多媒體音頻應(yīng)用也是使用UDP,原因在于UDP性能較高笛丙，并且這類應(yīng)用能容忍少量的數(shù)據(jù)包丟失漾脂。
面向連接運(yùn)輸：TCP
TCP是面向連接的可靠的傳輸協(xié)議，即保證數(shù)據(jù)不會(huì)受到損壞或者丟失胚鸯，并且能按照發(fā)送順序交付符相，它主要通過(guò)三次握手、重傳控制蠢琳、擁塞控制、滑動(dòng)窗口等機(jī)制保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>
三次握手
理解三次握手先需要明白TCP報(bào)文段各個(gè)字段的含義：
- 源端口和目的端口：寫(xiě)入源和發(fā)送目的地的應(yīng)用程序端口號(hào)
- 序號(hào)(Seq)：TCP連接中傳送的字節(jié)流中的字節(jié)都是按照順序去編號(hào)的镜豹，報(bào)文段中Seq是這個(gè)報(bào)文段的字節(jié)流的首個(gè)字節(jié)編號(hào)
- 數(shù)據(jù)偏移：首部長(zhǎng)度實(shí)際上指示了數(shù)據(jù)區(qū)在報(bào)文段中的起始偏移值
- 確認(rèn)號(hào)（ack）：期望收到下一個(gè)報(bào)文的數(shù)據(jù)流的首個(gè)字節(jié)編號(hào)傲须。
- 窗口：告知接收端的緩存大小，以此控制發(fā)送端的發(fā)送速率趟脂，達(dá)到控制流量的效果
- 檢驗(yàn)和：奇偶檢驗(yàn)和泰讽，校驗(yàn)包是否有誤
- TCP flags每一個(gè)標(biāo)志位表示一個(gè)控制功能：
- URG: 緊急指針標(biāo)志 1->有效 0->忽略
- ACK：確認(rèn)號(hào)標(biāo)志 1->有效 0->報(bào)文不含確認(rèn)號(hào)信息，忽略確認(rèn)號(hào)
- PSH：push標(biāo)志 1->push標(biāo)志有效昔期，表面接收方接收后應(yīng)對(duì)盡快交給應(yīng)用程序 0->忽略
- RST：重置連接標(biāo)志
- SYN：同步序號(hào)已卸，用于建立連接過(guò)程,syn=1->建立請(qǐng)求或接受請(qǐng)求：syn=1并且ack=0時(shí)建立連接請(qǐng)求，SYN=1并且ACK=1時(shí)雙方接受連接（這里畫(huà)重點(diǎn)硼一，下面TCP三次握手會(huì)多次使用）
- FIN：釋放連接 1->發(fā)送方已經(jīng)沒(méi)有數(shù)據(jù)可發(fā)送累澡，關(guān)閉本方數(shù)據(jù)流 0->連接仍然存在
TCP連接的建立時(shí)，雙方需要經(jīng)過(guò)三次握手般贼，具體過(guò)程如下：
（1）第一次握手：Client進(jìn)入SYN_SENT狀態(tài)愧哟，發(fā)送一個(gè)的報(bào)文段中SYN=1表示請(qǐng)求建立連接奥吩，seq=x表示本次發(fā)送的字節(jié)流中首個(gè)字節(jié)的編號(hào)，第一次握手是不攜帶數(shù)據(jù)的蕊梧，所以服務(wù)端下次肯定會(huì)響應(yīng)ack=x+1
（2）第二次握手：Server端在收到SYN幀之后霞赫，會(huì)進(jìn)入SYN_RCVD狀態(tài)，同時(shí)響應(yīng)報(bào)文段中 ack=x+1表示希望下次收到x+1的首字節(jié)編號(hào)的報(bào)文段,服務(wù)端的報(bào)文段中字節(jié)流中首個(gè)字節(jié)的編號(hào) seq=y,ACK=1表示本次響應(yīng)是有效應(yīng)答,本次為響應(yīng)連接請(qǐng)求所以SYN=1
（3）第三次握手：Client在收到Server的第二次握手SYN+ACK確認(rèn)幀之后肥矢，首先將自己的狀態(tài)會(huì)從SYN_SENT變成ESTABLISHED端衰，表示自己方向的連接通道已經(jīng)建立成功，Client可以發(fā)送數(shù)據(jù)給Server端了甘改。然后旅东，Client響應(yīng)報(bào)文段中第一次握手發(fā)送報(bào)文段已經(jīng)消耗了一個(gè)字節(jié)所以 seq=x+1,第二次握手中客戶端已經(jīng)收到了y編號(hào)的字節(jié)下次希望接收y+1的首字節(jié)編號(hào)的報(bào)文段所以ack=y+1,ACK=1表示有效應(yīng)答
（4）Server端在收到Client的ACK幀之后，會(huì)從SYN_RCVD狀態(tài)會(huì)進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)楼誓，至此玉锌，Server方向的通道連接建立成功，Server可以發(fā)送數(shù)據(jù)給Client疟羹，TCP的全雙工連接建立完成主守。
報(bào)文段的長(zhǎng)度MSS
MSS報(bào)文段的最大消息長(zhǎng)度，在三次握手時(shí)兩端會(huì)將自己能接收的MSS寫(xiě)進(jìn)TCP報(bào)文段首部中榄融，兩者之間選擇最小的参淫，建立連接后傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)以MSS進(jìn)行分割發(fā)送
重傳控制
正常情況接收端會(huì)按照發(fā)送端發(fā)送報(bào)文段的序列號(hào)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，響應(yīng)ack的報(bào)文段愧杯，確認(rèn)應(yīng)答號(hào)(ack)=系列號(hào)(seq)+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(MSS)
對(duì)于消息丟失有以下幾種措施
1力九、超時(shí)重傳與超時(shí)間隔加倍
發(fā)送端在特定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到接收端響應(yīng)則會(huì)進(jìn)行重發(fā)耍铜，這個(gè)特定時(shí)間在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會(huì)有所不同，如果發(fā)送端重發(fā)了報(bào)文段跌前，依舊沒(méi)有收到響應(yīng)棕兼，接收端會(huì)將超時(shí)時(shí)間加倍，每一次重傳都會(huì)將超時(shí)間加倍抵乓，直至超過(guò)一定的次數(shù)還未收到響應(yīng)就會(huì)將連接斷開(kāi)
2伴挚、高速重傳
在重傳的過(guò)程中接收到會(huì)多次接收到相同的報(bào)文段，接收端會(huì)根據(jù)序列號(hào)判斷是否需要接收該報(bào)文段灾炭，避免重發(fā)接收導(dǎo)致的丟棄動(dòng)作
流量控制
窗口控制
TCP發(fā)送端每發(fā)一個(gè)報(bào)文段茎芋，就要等待確認(rèn)接收端的響應(yīng)，這樣的效率比較低下蜈出，為了解決這個(gè)問(wèn)題引進(jìn)了窗口的概念田弥。在窗口大小內(nèi)，發(fā)送端無(wú)須等待確認(rèn)接收端的響應(yīng)
滑動(dòng)窗口
滑動(dòng)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)都是未被響應(yīng)的數(shù)據(jù)煤杀，滑動(dòng)窗口以外是為發(fā)送或者已被響應(yīng)的數(shù)據(jù)，下面是具體滑動(dòng)窗口的控制詳細(xì)圖：
窗口控制下的重傳機(jī)制
假設(shè)發(fā)送端發(fā)送了1,2,3這三個(gè)報(bào)文段沪哺，接收端響應(yīng)時(shí)1,2的響應(yīng)報(bào)文段都丟失了沈自，而3響應(yīng)到達(dá)了發(fā)送端，那么也發(fā)送端知道接收已經(jīng)積累了1,2,3的報(bào)文段辜妓，就無(wú)須重發(fā)1,2的報(bào)文段了枯途，這種方式叫累計(jì)確認(rèn)或累計(jì)應(yīng)答。
擁塞控制
慢啟動(dòng)
有了窗口籍滴，收發(fā)主機(jī)之間可以連續(xù)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)酪夷，但是有些時(shí)候網(wǎng)絡(luò)會(huì)成為收發(fā)數(shù)據(jù)的瓶頸，因?yàn)楦鞣N原因網(wǎng)絡(luò)不好而出現(xiàn)擁塞孽惰，這時(shí)如果還大量的發(fā)送數(shù)據(jù)可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓晚岭，TCP使用慢啟動(dòng)去控制發(fā)送數(shù)量
在建立連接后擁塞窗口cwnd的值被設(shè)置為1，代表著每次只能發(fā)一個(gè)報(bào)文段勋功，每次成收到一次確認(rèn)應(yīng)答后坦报，cwnd都會(huì)加1,每次發(fā)送報(bào)文段時(shí)將會(huì)與接收端的滑動(dòng)窗口大小做比較，選擇較小的作為發(fā)送窗口狂鞋。隨著包的往返片择，窗口將會(huì)以1,2,4,8...成倍的增加
TCP以這種方式，讓通信開(kāi)始時(shí)網(wǎng)絡(luò)吞吐量能逐漸上升祭刚，遇到網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)又能逐漸下降牌捷，而后又逐漸上升，TCP吞吐量能逐漸占據(jù)寬帶
