计算机网络中科大 - 第3章 传输层（详细解析）

🧠 第3章：传输层（Transport Layer）全章精华整合笔记

📚 教材：Kurose & Ross《Computer Networking: A Top-Down Approach》第7版

👨‍🏫 教学：郑老师课程讲义

一、传输层服务概述

🔧 核心功能

• 为运行在不同主机上的应用进程提供逻辑通信服务。
• 位于网络层之上，应用层之下。

📦 协议类型

二、多路复用与解复用

• 多路复用：多个应用数据通过不同端口共享一个网络接口。
• 解复用：通过IP+端口号将接收数据分发到对应应用进程。

⚙️ 关键标识方式

• UDP：目标IP + 目标端口（二元组）
• TCP：源IP + 源端口 + 目标IP + 目标端口（四元组）

三、UDP协议详解（无连接传输）

⚙️ 特点

• 无连接，无状态，开销小，传输快；
• 报文段可能丢失或乱序，无自动重传；
• 报文格式只有8字节头部

📐 UDP头部格式

四、可靠数据传输原理（rdt）

📋 rdt协议演进版本

🔄 有限状态机（FSM）

• 发送方、接收方状态机，定义事件触发下的动作转移

五、流水线协议：GBN & SR

🚚 Go-Back-N（GBN）

• 发送多个未确认段，出错则回退重传全部。
• 接收方只接收按序报文。

🧵 Selective Repeat（SR）

• 独立确认和缓存每个分组；
• 出错仅重传出错分组，提高效率。

六、TCP协议详解（面向连接传输）

1️⃣ 报文段结构（Segment Format）

2️⃣ 连接管理（三次握手 & 四次挥手）

• 建立连接：SYN → SYN+ACK → ACK
• 释放连接：FIN → ACK → FIN → ACK

3️⃣ 流量控制机制

• 接收方通过 rwnd 通知发送方可接收窗口大小；
• 保证缓冲区不会溢出

4️⃣ TCP定时与重传

• RTT估算：EstimatedRTT = (1 - α) × EstimatedRTT + α × SampleRTT
• 超时计算：TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4 × DevRTT
• 触发重传的两种情况：
  • 超时
  • 快速重传（连续3次ACK相同）

七、TCP 拥塞控制机制

🌊 拥塞窗口（cwnd）控制发送速率

🚀 AIMD算法

• 加法增加（AIMD：Additive Increase）
• 乘法减少（Multiplicative Decrease）

⛴ 阶段机制

1. 慢启动：指数级增长 cwnd。
2. 拥塞避免：线性增长 cwnd。
3. 快速重传 & 快速恢复：处理重复ACK快速修复丢包。
4. 超时：cwnd 重置为1，重新慢启动。

📦 网络辅助拥塞控制（ECN）

• 路由器标记ECN bit → 接收端设置ECE → 反馈拥塞信息给发送端

八、本章总结要点