计算机网络——运输层（1）暨小程送书

小程一言

我的计算机网络专栏，是自己在计算机网络学习过程中的学习笔记与心得，在参考相关教材，网络搜素的前提下，结合自己过去一段时间笔记整理，而推出的该专栏，整体架构是根据计算机网络自顶向下方法而整理的，包括各大高校教学都是以此顺序进行的。
面向群体：在学计网的在校大学生，工作后想要提升的各位伙伴，

讲述了应用层，遵循自顶向下原则，下面就是运输层的内容讲解了

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运输层

概述

计算机网络的运输层是位于应用层和网络层之间的一层，它负责在网络中的不同主机之间提供端到端的数据传输服务。运输层的主要功能包括数据分段、传输控制、错误检测和纠正等。

两个主要协议

• 传输控制协议：TCP提供可靠的数据传输服务，它通过数据分段、流量控制、拥塞控制等机制来确保数据的可靠传输。
• 用户数据报协议：UDP则提供不可靠的数据传输服务，它主要用于一些对数据传输延迟要求较低的应用，如音视频传输等。

运输层和网络层的关系

运输层和网络层是计算机网络中的两个重要组成部分，它们之间有着密切的关系。

网络层

负责在网络中的不同主机之间提供数据包的传输和路由选择，它使用IP协议来实现主机之间的通信。网络层的主要功能是将数据包从源主机传输到目标主机，它负责确定数据包的路径和转发。

运输层

负责在不同主机之间提供端到端的数据传输服务，它使用TCP或UDP协议来实现数据的可靠传输。运输层的主要功能是对数据进行分段、传输控制、错误检测和纠正等，以确保数据在端到端之间的可靠传输。

总结

网络层提供了数据包的传输和路由功能，而运输层则在此基础上提供了端到端的数据传输服务。两者之间的关系可以理解为网络层提供了基础的数据传输能力，而运输层在此基础上增加了更高层次的数据传输服务，使得应用层能够更加方便地进行数据通信。

多路复用与多路分解

多路复用和多路分解是两种重要的数据传输技术，它们允许在单个通信信道上同时传输多个数据流。

多路复用

将多个数据流合并成一个数据流进行传输的过程。在发送端，多路复用将来自不同源的数据流合并成一个数据流，然后通过网络传输到接收端。在接收端

多路分解

将接收到的数据流分解成原始的多个数据流，并交付给相应的目标。

不同的技术实现

时分复用（TDM）

在时分复用中，不同的数据流按照时间片的方式依次传输，每个数据流被分配一个固定的时间段进行传输。接收端根据时间信息来分解数据流。

频分复用（FDM）

在频分复用中，不同的数据流通过在不同的频率范围内传输，每个数据流占据不同的频率带宽。接收端根据频率信息来分解数据流。

码分复用（CDM）

在码分复用中，不同的数据流使用不同的编码方式进行传输，接收端根据编码信息来分解数据流。

总结

多路复用和多路分解技术可以提高通信信道的利用率，允许多个数据流通过同一信道进行传输，从而减少了通信资源的浪费。这些技术在计算机网络中得到了广泛的应用，例如在电话网络、无线通信网络以及互联网传输中都有多路复用和多路分解的应用。

UDP——无连接运输

UDP是计算机网络中的一种无连接的运输层协议。与TCP协议不同，UDP协议不需要在发送数据之前建立连接，也不需要在数据传输后拆除连接。UDP协议提供了一种简单的、无连接的数据传输服务，它主要用于那些对数据传输时延要求较高，但对数据可靠性要求较低的应用场景。

特点&功能

无连接

UDP协议是无连接的，发送端在发送数据之前不需要与接收端建立连接，也不需要维护连接状态。这使得UDP协议的数据传输速度更快，但也意味着它不提供数据的可靠性保证。

面向数据报

UDP协议是面向数据报的，每个UDP数据包都是独立的，没有先后顺序的要求。这意味着UDP数据包之间的传输没有关联，每个数据包都是独立处理的。

不可靠性

UDP协议不提供数据的可靠传输保证，它不保证数据包的顺序到达、不保证数据的完整性，也不提供重传机制。因此，UDP协议在传输过程中可能会出现丢包、重复、乱序等问题。

低开销

相比于TCP协议，UDP协议的开销更低，不需要维护连接状态、不需要进行拥塞控制和流量控制，因此在一些对传输速度要求较高的应用场景下更为适用。

总结

UDP协议通常用于那些对数据传输时延要求较高，但对数据可靠性要求较低的应用场景，例如音视频流媒体传输、在线游戏数据传输等。由于UDP协议的特点，它能够提供更快的数据传输速度和更低的传输开销，但在传输过程中可能会出现数据丢失或乱序的情况。因此，在选择使用UDP协议时，需要根据具体的应用场景和需求来权衡其优劣。

可靠数据传输原理

可靠数据传输是指在计算机网络中，确保数据在传输过程中不会丢失、损坏或重复，并且能够按照正确的顺序到达目的地的过程。

机制

1. 确认和重传机制：发送方在发送数据后等待接收方的确认消息，如果一定时间内没有收到确认消息，发送方会重新发送数据。这样可以确保数据的可靠传输。
2. 序列号和校验和：在发送数据时，每个数据包都会被赋予一个唯一的序列号，接收方可以根据序列号来检查数据包的顺序是否正确。同时，每个数据包都会附带一个校验和，接收方可以通过校验和来检查数据包是否损坏。
3. 流量控制和拥塞控制：流量控制用于控制发送方发送数据的速率，以确保接收方能够处理数据。拥塞控制用于避免网络拥塞，通过动态调整发送方的发送速率来保证网络的稳定性。
4. 超时重传：发送方在发送数据后会设置一个超时时间，如果在超时时间内没有收到确认消息，发送方会重新发送数据。
5. 确认机制：接收方在接收到数据后会发送确认消息给发送方，以确保发送方知道数据已经成功到达。
   

TCP——面向连接的传输

TCP是一种面向连接的、可靠的传输层协议，与UDP协议不同，TCP协议是面向连接的，它在数据传输之前需要先建立连接，在数据传输完成后需要拆除连接。然而，您提到的“TCP无连接运输”似乎存在一些混淆，因为TCP协议本身并不支持无连接的传输。

特点&功能

面向连接

TCP协议是面向连接的，数据传输之前需要通过三次握手建立连接，传输完成后需要通过四次挥手拆除连接。这种面向连接的特性保证了数据的可靠传输和顺序传输。

可靠性

TCP协议提供了数据的可靠传输保证，它通过序号、确认应答、重传机制等手段来保证数据的可靠性。TCP协议能够保证数据包的顺序到达、不丢失、不重复，并且提供流量控制和拥塞控制机制。

高开销

相比于UDP协议，TCP协议的开销更高，因为它需要维护连接状态、进行拥塞控制和流量控制，这些都会增加传输的开销。

总结

TCP协议的面向连接和可靠性特性，它通常用于那些对数据传输可靠性要求较高的应用场景，例如文件传输、网页浏览、电子邮件传输等。在这些应用场景中，数据的完整性和顺序性非常重要，因此使用TCP协议能够保证数据的可靠传输。然而，由于TCP协议的连接管理和数据校验等机制，会增加一定的传输开销，因此在对传输速度要求较高的应用场景中，可能会选择使用UDP协议来获得更快的传输速度。

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