传输层

传输层作用是什么？第二章学习过，传输层是实现端到端的连接，端到端是什么概念呢？比如：一个人用QQ聊天，网络层识别IP地址，能够将信息发送到正确的主机，而主机应该使用什么应用协议接收这个信息呢？这个功能就需要传输层完成。

传输层主要有TCP和UDP协议。

传输层概述

传输层的功能

1：网络层协议只提供了点到点的连接，而传输层协议提供一种端到端的服务，即应用进程之间通信。

2：网络层协议提供不可靠，无连接和尽力投递的服务，因此，如果对于可靠性要求很高的上层协议，就需要在传输层实现可靠性保障。

传输层协议主要有

TCP （Transmission Control Protocol）

UDP (User Datagram protocol )

TCP即传输控制协议，是一个可靠的、面向连接的协议。它允许网络间两台主机之间无差错的信息传递，TCP协议还进行流量控制，以避免发送过快而发生拥塞。不过这一切对用户都是透明的。

UDP即用户数据报协议，它采用无连接的方式传送数据，也就是说发送端不关心发送数据是否到达目标主机，数据是否出错等，收到数据主机也不会告诉发送方是否收到了数据，它的可靠性由上层协议来保障。

这两个协议针对不同网络环境实现数据传输。各有优缺点，面向连接的TCP 协议效率较低，但可靠性高，适用于网络链路好或可靠性要求高的环境，UDP 面向非连接，不可靠，所以效率极高，常用语一些实时业务，也用于一些对于差错不敏感的应用。

TCP协议

它支持多种网络应用程序，TCP对下层服务没有多少要求，它假定下层只能传送不可靠的数据包服务，它可以在多种硬件构成的网络上运行。

TCP工作原理

TCP的封装格式

连接与断开

流量控制

拥塞控制

差错控制

计时器

TCP封装格式

TCP是面向连接的可靠协议，TCP协议为实现可靠传输而提供了一系列方法和手段。

TCP的数据段采取编号的方式保证数据正确顺序。

TCP数据段被封装在IP数据包中来完成传输，而IP数据包经过的路径有可能不同，那么IP数据包到达时可能会失去原有顺序，因而到达的TCP数据段也可能会失序，为了解决，TCP对数据段进行编号，对接收到的数据进行重新排序，然后正确的顺便交给应用程序。其次，由于到达的IP数据包可能发生重复，TCP 接收端必须有丢弃重复数据的功能。

TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，这就要求TCP发送端只能发送接收端缓冲区能接收下的数据，这防止较快的主机导致较慢的主机缓冲区溢出。

端口号是由发送方进程产生的随机数，它唯一地标识了发送端的一个进程。

16-31 这16位目标端口号，它对应的是接收端的进程，接收端收到数据段后，根据这个端口号来确定把数据送给那个应用程序的进程。这样才能保证数据到达正确的地方。

第2行是32位的序列号，提供0-2的32次方-1范围内的一个数字，TCP从应用程序取得数据后，会根据实际传输能力把数据划分成不同的数据段。TCP用这个数字来给数据段打上标记，当数据到达目的后，接收端会按照这个序列号把数据重新排列，保证数据正确性

3行是32位确认序列号，它提供0-2的32次方-1范围内的一个数字。被分成许多数据段的数据虽然被做了标记，但不能保证这当中的所有段都会到达目的地，然后对接收端来讲，只要有一个段没接收到，就不能保证数据的正确性，使用确

认号可以更好的解决这个问题。

4行分为4个部分

1：4位首部长度，可以确定首部数据结构字节长度

2：6个保留位，作为今后扩展功能用，现在还没有使用到。

3：6个控制位，这6位有很重要的作用，TCP连接、传输和断开都是受这6个控制位的指挥。

GUR：紧急指针有效位，它和第5行的16位紧急指针配合使用，当URG=1时，TCP根据16位紧急指针确定紧急数据的最后一个字节的位置。这样接收端就可以优先准确快速地获取紧急数据，确保数据的即使到达。

ACK：只有当ACK=1时确认序列号字段才有效。当ACK=0时，确认号无效。PSH：标志位为1时要求接收方尽快将数据段送达应用层，这个标志位是为了加快特殊数据的处理速度。

PST：值为1时通知重新建立TCP连接。

SYN：同步序列号。TCP需要建立连接时将这个位置为1.

FIN：发端完成发送任务位，当TCP完成数据传输需要断开连接时，提出断开连接的一方将这个位置为1。

第4部分是16位的窗口大小，说明本地可接收数据段的数目。

第5行中的16位校验和是用来做差错控制的。发送到接收校验数据的完整性。第5行中的16位紧急指针和URG配合使用，当URG=1时有效。用来说明紧急数据的末尾字节的位置。

第6行是可选项。一般情况下没有可选项。

第7行是数据。

一个TCP连接不仅需要端口，还需要IP地址来确定通信的主机。IP首部中的发送端IP地址加上发送端端口号就形成了连接的发送端；目的端IP地址再加上接收端端口号就确定连接的接收端。这样就唯一的确定了一个TCP连接。在TCP/IP协议中，TCP协议是基于IP协议的。IP协议是对应于网络层的协议，他是一个不可靠的协议。TCP协议的可靠性保证给IP协议提供了可靠的环境。从而使得IP协议可以不考虑传输的可靠性，专注于网络层的功能。这也是协议分层的初衷，TCP被认为是一种流式传输层服务，表示TCP发送端从应用程序接收到字符流，并从这个流中提取适当的长度创建数据段，然后将其发送到网络上，TCP接收端则接收数据段，从中提取数据，若没有按序号到达还要对其进行排序。并将作为字符流交付给接收端应用程序，这样就完成了数据的传输。

为了进行流式交付，发送TCP和接收TCP都要利用缓冲，发送TCP使用发送缓冲来存储从发送应用程序截取的数据。发送应用程序交付数据的速率是它产生数据的速率。例如：使用网络登录。远程控制主机，用户在键盘上输入的数据就是逐个字符地交付给TCP的发送端的。

TCP的连接与断开

TCP是一个面向连接的服务，也是说在数据通信之前，发送端与接收端要先