第五周-传输层上

1. 本章目录

按照计算机网络的协议栈，本章将会探索传输层(Transport)。会探索如下的知识点：

• 理解传输层服务的基本理论和基本机制
   复用/分用
   可靠数据传输机制
   流量控制机制
   拥塞控制机制
• 掌握Internet的传输层协议(第三周讲的是Internet的应用层协议Http)
   UDP:无连接传输服务
   TCP:面向连接的传输服务
   TCP拥塞控制

2. 传输层服务概述

2.1 传输层服务和协议

忽略掉中间的物理过程，比如网络层，链路层，物理层，不管有多远的物理距离，中间有多少个路由器转发，传输层协议可以认识是，为运行在不同主机(Host)上的进程之间提供了一种“端到端的逻辑通信机制”。

• 也就是说，作为“发送方”：从应用层接受报文，并将其分成一个或者多个的报文段(Segment), 并向下传送给网络层。
• “接收方”：从网络层获得报文，再将其一个或多个报文段组成一个消息，向上交给应用层。

其中Internet上的“TCP”和“UDP”是两种典型的传输层协议

2.2 传输层 vs. 网络层

网络层：提供“主机之间”的逻辑通信机制，基于IP协议
传输层：提供“不同的应用／进程”之间的逻辑通信机制，当然是不同主机上的
在这里可以用一个特别大的家庭，那种美国一家子20几口人的大家庭也类比：
家庭有12个孩子，其中李雷和韩梅梅是最大的哥哥和姐姐，其他的每个孩子都有信件需要接受发送；

• 应用进程 = 10个孩子们
• 应用消息 = 信封里面的信
• 主机 = 房子
• 传输层协议 = 李雷和韩梅梅（他们负责从门口收集信件后，再把信件送到每个弟弟妹妹的房间去）
• 网络层协议 = 邮政系统

2.3 Internet传输层协议

• 可靠、按序的交付服务(TCP) - “不会出错和丢失，按顺序发送接受”
   拥塞控制
   流量控制
   连接建立
• 不可靠的交付服务(UDP)
   基于“尽力而为(Best-effort)”的网络层，没有做(可靠性方面的)扩展

两种服务均不保证：“延迟”和“带宽”

3. 多路复用和多路分用

本节图很多，请结合302的课件一起复习。

3.1 如何工作

例如图中，host1的p3进程给host2的p1进程发送报文，host3的p4进程给host2的p2发送消息，当他们同时到达host2时，从底部的物理层，链路层，网络层都是一条线上来，达到传输层后，协议保证相应的消息发送给相应的进程。- 接收段的多路分用
总结来说：

• 接收端进行多路分用：传输层依据头部信息将收到的 Segment交给正确的Socket， 即不同的进程
• 发送端进行多路复用：从多个Socket接收数据，为每块数据封装上头部信息，生成Segment，交给网络层
• socket就是：传输层和应用层之间的门

网络层是不关心端口号的，消息发送给目的主机，主机接收到“IP数据报(datagram)”。每个数据报携带源IP地址，目的IP地址（网络层传输），其中每个数据报中会携带一个传输层的“段(Segment)”，这个段包含源端口号和目的端口号。

主机收到Segment之后，传输层协议提 取IP地址和端口号信息，将Segment导向相应的Socket。下图展示TCP／UDP段格式

3.2 无连接分用

无连接多路分用是面向UDP的。UDP的的Socket用“二元组”标识(目的IP地址，目的端口号)，当主机接受UDP段后(IP一致)，首先检查段中的目的端口号，接着将UDP段导向绑定在该端口号的Socket。
比如：

DatagramSocket mySocket1 = new DatagramSocket(99111);// 99111是端口号
DatagramSocket mySocket2 = new DatagramSocket(99222);

不同源IP地址／源端口号的IP数据包被导向同一个Socket，不分青红皂白一股脑都接受，只要目的地是一样的(IP, Port)，不管来源。下图可说明
P3的接受端，因为两个消息的“目的IP”和“目的port”都是一样的，同时把不同源IP和源端口的消息一同导向到一个Socket给p3。

3.3 面向连接的分用

服务器可以创建多个进程，同时支持多个TCP Socket，每个Socket都有自己的四元组标识。
TCP的Socket用四元组标识：[源IP地址] [源端口号] [目的IP地址] [目的端口号]，接受端利用这四个值将Segment导向合适的Socket。
从上图可以看出，TCP是一对一的关系，一个服务器进程对应一个客户机进程。TCP相比UDP区分了，不同源IP和不同源Port的报文，在消息目的准确的前提下（目的IP，目的Port），区分出不同源IP&同Port(不同主机的同进程)，同IP&不同Port(同主机的不同进程)，当然还有不同主机的不同进程三种情况。

3.4 多线程web服务器

多个TCP进程是很消耗资源的事情，利用多线程这种轻量级的技术代替多进程，也可以实现分用。