传输层概述

传输层协议为运行在不同Host上的进程，提供了一种逻辑通信机制，端到端的
逻辑：两个进程间好像直接连接的
发送方：将应用层递交的消息分成一个或多个Segment，向下传至网络层
接收方：将接收到的Segment组装成消息，向上交给应用层

传输层vs网络层

不同：
1、网络层提供主机与主机之间的逻辑通信机制
2、传输层提供应用进程之间的逻辑通信机制
联系：
1、传输层位于网络层之上；
2、传输层依赖于网络层服务；
3、传输层对网络层服务进行（可能的）增强

Internet提供的协议

TCP

可靠（不会丢失）、按序（按照发送顺序）的交付服务
1、拥塞控制；
2、流量控制；
3、连接建立

UDP

不可靠的交付服务
基于“尽力而为”的网络层，没有做（可靠性方面的）扩展

两种服务均不提供延迟和带宽方面的保障

复用和解复用

为什么？

基本原则：如果某层的一个协议对应直接上层的多个协议/实体，则需要复用/分用技术
因为网路层针对主机，传输层针对进程，并且每台主机上含有多个进程，所以需要多路复用和多路分用技术。
以下图为例：

主机2中有两个进程，p1和p2要接受来自其他主机的消息时，涉及多路分用，传输层必须要做的一件事就是必须把从网络层接收到的Segment传输至对应的进程
多路复用是针对从传输层至网络层

多路分用和多路复用

多路分用：传输层依据头部信息将收到Segment交给正确的Socket，即不同的进程
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

多路分用？

主机（网络层）接收到IP数据报

每个数据报携带源IP地址、目的IP地址
每个数据报里都有一个Segment
每个Segment里都有源端口号和目的端口号

TCP/UDP下Segment格式如下：

主机收到Segment后，传输层协议提取IP地址和端口号信息，依据端口号将Segment传至相应的Socket（TCP会做更多处理）

无连接多路分用

UDP的socket用二元组来标识（目的IP地址，目的端口号）
这样的话会导致来自不同源IP地址或源端口号的IP数据包若目的IP和端口均相同后会被导向同一个Socket
如下图所示：

面向连接多路分用

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）
此时不同源IP地址或源端口号就会对应不同的Socket
如下图所示：

多线程形式：

UDP

基于IP协议；复用/分用；简单的错误校验，不进行错误恢复
为什么要在传输层做错误检测？
端到端的原则，第一点是不能保证所经过的每一个链路层均有错误检验机制，路由器在存储-转发的过程中也可能出错。
“Best effort”服务，可能丢失，可能非按序到达
无连接，发送方和接收方之间不需要握手建立连接，每个报文段间互相独立

为什么存在？

不需要建立连接，减少延迟，这也是为啥DNS使用UDP
实现简单，无需维护连接状态
头部开销少，UDP8字节，TCP20字节
没有拥塞控制，应用可更好地控制发送时间和速率

应用

常用于流媒体应用：容忍数据包丢失、速率敏感，对速度要求高
DNS和SNMP

如何在UDP上实现可靠数据传输？

在应用层增加可靠性机制，应用开发难度加大
应用特定的错误恢复机制

报文段格式

UDP校验和

目的：检测UDP段在传输中是否发生错误（0变1，1变0）
发送方：

将段的内容视为16-bit整数，段的内容包括UDP伪首部、UDP首部和数据报文
校验和计算：计算所有整数的和，进位加在和后面，将得到的值按位求反，得到校验和
将校验和放入校验和字段

接收方：
计算所收到段的校验和，与校验和字段进行对比
相等是指没有检测出错误，但可能有错误
比如两个位发生了翻转，正好抵消

示例：