计算机网络中运输层功能

A. 计算机网络_运输层

在IP层看来，通信的两端是两个主机，IP数据报的首部明确的标志了这两个主机的IP地址。但是两个主机之间的通信这种说法还不够清楚，这是因为真正进行通信的实体是在主机中的 进程 ，是两个进程之间在交换数据。从而引出了运输层，从运输层的角度看来， 通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程 （端到端的通信）。

在一个主机中经常有多个应用进程同时分别和另一个主机的多个应用进程通信。这就表明了运输层有一个很重要的功能， 复用和分用 ，应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。

“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。

TCP/IP 的运输层有两个不同的协议：

由此可见两个计算机中的进程要相互通信，不仅要知道对方的IP地址，还要知道对方的端口号。

如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口的号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议ICMP发送 端口不可达 差错报文给发送方。

在计算检验和时，临时把 “伪首部” 和 UDP 用户数据报连接在一起得到一个临时的数据报，它不向下传递也不向上递交。 伪首部仅仅是为了计算检验和 。

UDP计算检验和的方法和IP数据报首部检验和方法相类似。但不同的是，IP数据报的检验和 只检验IP数据报的首部 ，但UDP的检验和是 把首部和数据部分一起检验

计算UDP检验和的例子：

在发送方，先把全0放入检验和字段，再把伪首部以及UDP用户数据报看成是许多16位的字串接起来。若UDP用户报的数据部分不是偶数个字节，则要填入一个全零字节（先不发送）。然后按照 二进制反码 计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码写入 检验和字段 后，就发送这样的UDP数据报。在接收方，把收到的UDP数据报连通伪首部（以及可能填充全零字节）一起，按二进制反码求这些16位字的和。当无差错时其结果应为全1（原本的检验和为0，封装成数据报后再次相加的时候就多个检验和反码相加，所以无差错时结果为1）。

每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定，即：

TCP发送的报文段是交给IP层传输的。但IP层只提供尽最大努力服务，也就是说，TCP下面的网络所提供的是不可靠传输，因此，TCP必须采用适当的措施才能使得两个运输层之间的通信变得可靠。

在这样的理想传输条件下，不需要采取任何措施就能够实现可靠传输。然而实际的网络都不具备以上两个理想的条件。但我们可以使用一些可靠传输协议，当出现差错时让发送方重传出现差错的数据，同时在接收方来不及处理收到的数据时，及时告诉发送方适当的降低发送数据的速度，这样一来，本来是不可靠的传输信道就能够实现可靠传输。

停止等待协议的优点是简单，但缺点是 信道利用率 太低。

假定AB之间有一条直通的信道来传送分组

这里的TD是A发送分组所需要的时间（显然TD = 分组长度 / 数据速率）再假定TA是B发送确认分组所需要的时间（A和B处理分组的时间都忽略不计）那么A在经过TD+RTT+TA时间后才能发送下一个分组，这里的RTT是往返时间，因为只有TD是采用来传输有用的数据（这个数据包括了分组首部，如果可以知道传输更精确的数据的时间，可以计算的更精确），所有信道利用率为

为了提高传输效率，发送方可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用 流水线传输 ：就是发送方可以 连续的发送多个分组 ，不必每发完一个分组就停下来等待对方的确认。这样可使信道上一直有数据不间断地在传送。显然这种传输方式可以获得很高的信道利用率

当时使用流水线传输时，就要使用下面介绍的 连续ARQ协议 和 滑动窗口协议

滑动窗口协议比较复杂，是TCP协议的精髓所在，在这里先给出ARQ协议最基本的概念，但不涉及到许多细节问题。

位于发送窗口的分组都可以连续的发送出去，而不需要等待对方的确认，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。

详细可以见P201

TCP虽然是面向字节流的，但是TCP传送的数据单元却是报文段（可以看上述TCP面向流的概念），而且TCP的 全部功能都体现在它的首部中各个字段 。

详解请见P206，注意图中的后沿，前沿

从下图可以看出来，要描述一个发送窗口的状态需要三个指针：P1，P2，P3

有很多信息见P208，这里不赘述

发送方的应用进程把字节流写入TCP的发送缓存，接收方的应用进程从TCP的接收缓存中读取字节流。下面进一步讨论前面讲的 窗口和缓存 的关系

发送缓存

发送窗口通常只是发送缓存的一部分，已被确认的数据应当从发送缓存中删除，因此 发送缓存和发送窗口的后沿是重合 的。发送应用程序最后写入发送缓存的字节减去最后被确认的字节，就是还保留在发送缓存中被写入的字节。发送应用程序必须控制写入缓存的速率，不能太快 ，否则发送缓存就会没有存放数据的空间。

如果收到的分组被检测出有差错，则要丢弃。如果接收应用程序来不及读取收到的数据，接收缓存最终就会被填满，使接收窗口减少到零。反之，如果接收应用程序能够及时从接收缓存中读取收到的数据，接收窗口就可以增大，但最大不能超过接收缓存的大小。

TCP才用了一种自适应算法，它记录一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时间RTT。

TCP 保留了 RTT 的一个 加权平均往返时间 RTTs （这又称为平滑（smooth）的往返时间，因为是加权平均，所以是平滑的）。
第一次测量到 RTT 样本时， RTTS 值就取为所测量到的 RTT 样本值 。以后每测量到一个新的 RTT 样本，就按下式重新计算一次 RTTS：

显然，RTO 应略大于上面得出的加权平均往返时间 RTTs
RFC 2988 建议使用下式计算 RTO：

RTTD 是 RTT 的 偏差的 加权平均值，他与RTTs和新的RTT样本之差有关。
RFC 2988 建议这样计算 RTTD。第一次测量时，RTTD 值取为测量到的 RTT 样本值的一半。在以后的测量中，则使用下式计算加权平均的 RTTD：

β是个小于 1 的系数，其推荐值是 1/4，即 0.25。

为了解决上面那个问题，Karn提出了一个算法

在计算平均往返时间 RTT 时，只要**报文段重传了，就不采用其往返时间样本。这样得出的加权平均平均往返时间 RTTS 和超时重传时间 RTO 就较准确。 **

但是，这又有了新的问题、设想出现这样的情况：报文段的时延突然增大了很多。因此在原来得出的重传时间内，不会收到确认报文段。于是就重传报文段。但根据Karn算法，不考虑重传的报文段的往返时间样本。这样，超时重传时间就无法更新。

报文段每重传一次，就把 RTO 增大一些：

系数 γ 的典型值是 2 。
当不再发生报文段的重传时，才根据报文段的往返时延更新平均往返时延 RTT 和超时重传时间 RTO 的数值。
实践证明，这种策略较为合理。

接收方收到了和前面的字节流 不连续 *的两个字节块（只是未按序号，它是无差错的）

如果这些字节的序号都在接收窗口之内，那么接收方就先收下这些数据，但要把这些信息准确地告诉发送方，使发送方不要再重复发送这些已收到的数据。

和前后字节不连续的每一个字节块都有两个边界：左边界和右边界。图中用四个指针标记这些边界。第一个字节块的左边界 L1 = 1501，但右边界 R1 = 3001。左边界指出字节块的第一个字节的序号，但右边界减 1 才是字节块中的最后一个序号。第二个字节块的左边界 L2 = 3501，而右边界 R2 = 4501。

详见P211

一般说来，我们总是希望数据传输得更快一些。但如果发送方把数据发送得过快，
接收方就可能来不及接收，这就会造成数据的丢失。

流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞 。

利用 滑动窗口机制 可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制。

A 向 B 发送数据。在连接建立时，�B 告诉 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（字节）”。 看下TCP首部窗口字段的用处

接收方的主机B一共进行了3次流量控制（蓝线）

考虑一种情况，B向A发送了零窗口的报文段后不久，B的接收缓存又有了一些存储空间。于是B向A发送了rwnd = 400的报文段，然而这个报文段在传输过程中丢失了。A一直等收到B发送非零窗口的通知，B也一直等A发送数据来，就形成了 死锁 。下面的 持续计时器 就是为了打破死锁僵局的

应用进程把数据传送到TCP发送缓存后，剩下的发送任务就由TCP来控制了。可以用不同的机制来控制 TCP 报文段的发送时机:

至于如何控制发送的 时机 详见P213

在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏——产生 拥塞(congestion)

出现资源拥塞的条件： 对资源需求的 总和 > 可用资源

若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。

解决拥塞的要点是 平衡 ，要让整个系统的性能想匹配（P214）。

横坐标为 提供的负载 ，代表单位时间内输入给网络的分组的数目（也叫作输入负载或网络负载），纵坐标是 吞吐量 ，代表单位时间内从网络输出的分组数目。

由于缺少缓存空间而被丢弃的分组的百分数，平均队列长度，超时重传的分组数，平均分组时延，分组时延的标准差等，这些指标的上升都标志着拥塞的增长。

方便起见，我们用 报文段的个数 作为窗口大小的单位

慢开始门限 ssthresh 的用法如下：

拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口 cwnd 缓慢地增大，即每经过一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口 cwnd 加 1，而不是加倍，使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长 ，比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢很多。

网络出现拥塞时

当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口置为 1。图中的窗口单位不使用字节而使用 报文段 。

慢开始门限的初始值设置为 16 个报文段，即 ssthresh = 16。

发送端的发送窗口不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我们假定接收端窗口足够大，因此现在发送窗口的数值等于拥塞窗口的数值。

下面的执行步骤就是按照折现上的点的顺序

B. 计算机网络运输是什么意思

从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。
当网络的边缘部分中的两个主机使用网络的核心部分的功能进行端到端的通信时，只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能。

应用进程之间的通信
在IP层看来，通信的两端是两个主机，IP数据报的首部明确的标志了这两个主机的IP地址。但是两个主机之间的通信这种说法还不够清楚，这是因为真正进行通信的实体是在主机中的进程，是两个进程之间在交换数据。从而引出了运输层，从运输层的角度看来，通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程（端到端的通信）。

在一个主机中经常有多个应用进程同时分别和另一个主机的多个应用进程通信。这就表明了运输层有一个很重要的功能，复用和分用，应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。

复用指的是发送方不同的应用进程都可以使用同一个运输层协议传输数据（当然要加上适当的首部）
分用指的是接收方的运输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付目的应用进程
“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。

运输层的主要功能
运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）
运输层还要对收到的报文进行差错检测。
运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP
两种不同的运输协议
运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节（如网络拓扑、所采用的路由选择协议等），它使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。
当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。
当运输层采用无连接的 UDP 协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道

C. osi七层模型各层功能有哪些

OSI参考模型分为7层，分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。

各层的主要功能及其相应的数据单位如下：

1、物理层：要传递信息就要利用一些物理媒体，如双纽线、同轴电缆等，但具体的物理媒体并不在OSI的7层之内，有人把物理媒体当作第0层，物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。

2、数据链路层：数据链路层负责在两个相邻结点间的线路上，无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。

3、网络层：在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。

4、传输层：该层的任务时根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据。在这一层，信息的传送单位是报文。

5、会话层：会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。

6、表示层：这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。

7、应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。

(3)计算机网络中运输层功能扩展阅读：

OSI 参考模型将整个网络通信的功能划分为七个层次，见图1。它们由低到高分别是物理层(PH)、数据链路层(DL)、网络层(N)、传输层(T)、会话层(S)、表示层(P)、应用层(A)。每层完成一定的功能，每层都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持。第四层到第七层主要负责互操作性，而一层到三层则用于创造两个网络设备间的物理连接。

D. 计算机网络中五层协议它们分别的主要功能是什么它们具体分别是在哪里（从硬件层面上谈）实现的

1，物理层；其主要功能是：主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据。

2、数据链路层；其主要功能是：主要负责在通信的实体间建立数据链路连接。

3、网络层；其主要功能是：要负责创建逻辑链路，以及实现数据包的分片和重组，实现拥塞控制、网络互连等功能。

4、传输层；其主要功能是：负责向用户提供端到端的通信服务，实现流量控制以及差错控制。

5、应用层；其主要功能是：为应用程序提供了网络服务。

物理层和数据链路层是由计算机硬件（如网卡）实现的，网络层和传输层由操作系统软件实现，而应用层由应用程序或用户创建实现。

(4)计算机网络中运输层功能扩展阅读：

应用层是体系结构中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。这里的进程就是指正在运行的程序。

应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换
和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。应用层直接为用户的应用进程提供服务。

传输层的任务就是负责主机中两个进程之间的通信。因特网的传输层可使用两种不同协议：即面向连接的传输控制协议TCP，和无连接的用户数据报协议UDP。

面向连接的服务能够提供可靠的交付，但无连接服务则不保证提供可靠的交付，它只是“尽最大努力交付”。这两种服务方式都很有用，备有其优缺点。在分组交换网内的各个交换结点机都没有传输层。

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在发送数据时，网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。

在TCP/IP体系中，分组也叫作IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主
机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

E. 计算机网络(5)| 运输层

从通信和处理信息的角度看，运输层是向它上面的应用层提供通信服务的，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。当网络的边缘部分中的两台主机使用网络的核心部分的功能进行端到端的通信时，只有主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能。

运输层的两个主要协议 TCP/IP 都是互联网的正式标准，即：
（1）用户数据报协议UDP
（2）传输控制协议TCP

TCP则是面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或者多播服务。由于TCP要提供可靠的面向连接的运输服务，因此需要增加很多的开销。

TCP/IP的运输层用一个16位端口号来标志一个端口。端口号只有本地意义。它是为了标志本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口。

运输层的端口号分为以下两类：
（1）服务器端使用的端口号： 它主要分为系统端口号0～1023和登记端口号1024～49151。

（2）客户端使用的端口号： 49152～65535，这类端口号仅在客户端进程运行时才动态选择。当服务器收到客户端进程的报文时，就知道客户端进程的端口号。因而可以把数据发送给客户进程。

用户数据报协议相比于IP的数据报服务就是只增加了复用、分用和差错检测功能。UDP的主要特点是：
（1）UDP是无连接的， 发送数据之前不需要建立连接，因此减少开销和发送数据之前的时延。
（2）UDP使用尽最大努力交付， 即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。
（3）UDP是面向报文的。 发送方的UDP对应用交下来的报文，添加首部后就向下交付给IP层。不对报文做任何处理，因此当报文过长时，IP层可能需要进行分片处理。
（4）UDP没有拥塞控制， 网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率减低。
（5）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
（6）UDP的首部开销小， 只有8个字节。

UDP有两个字段：数据字段和首部字段。先介绍首部字段，它是由4个字段组成的，每个字段只有2个字节，总共有8个字节。各个字段的意义如下：
（1）源端口： 源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。
（2）目的端口： 目的端口号。在这终点交付报文时必须使用。
（3）长度： UDP用户数据报的长度，其最小值是8（只有首部）。
（4）检验和： 检测UDP用户数据报在传输中是否有错，有错则丢弃。

当在传送用户数据报时，如果接收方UDP发现收到的报文中目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方。

TCP的主要特点如下：
（1）TCP是面向连接的运输层协议。 应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。传送数据完毕后，必须释放TCP连接。
（2）每一条TCP连接只能有两个端点。 每一条TCP连接只能是点对点的。
（3）TCP提供可靠交付的服务。 通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，并且按序到达。
（4）TCP提供全双工通信。 TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。
（5）面向字节流。 TCP中的流指的是流入到进程或进程流出的字节序列。虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块，但TCP把应用程序交下来的数据看成一连串的无结构的字节流。TCP不保证发送方发送的数据块和接收方接收的数据块一致，但保证程序接收到的字节流和程序发送的字节流一致。

TCP连接的端点叫做套接字或者插口。套接字是指将端口号拼接到IP地址之后，即：

每一条TCP连接唯一的被通信两端的两个端点所确定。即：

如图所示，A发送分组M1，发送完毕就暂停发送，等待B的确认,B收到了M1就向A发死你确认。A在收到了对M1的确认之后，就再发送下一个分组M2，以此类推。

如图所示，当B接收M1时检测出了差错，就丢弃M1，其他什么也不做。而A只要超过了一段时间没有收到确认，就会认为刚才发送的分组丢失了，因而重传前面发送过的分组，这就叫做超时重传，而实现超时重传则需要A为每一个已发送的分组都设置一个超时计时器。
需要注意以下三点：
（1）A在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。
（2）分组和确认分组必须编号，这样才能明确哪一个发出的分组收到了确认。
（3）超时计时器设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长。

如图所示，B所发送的对M1确认丢失了，A在设定的超时重传时间内没有收到确认，所以无法知道自己发送的分组是怎样出错的，所以会重传M1，而当B又收到了重传的分组M1，这时应该采取两个行动：
（1）丢弃这个重复分组M1。
（2）向A发送确认。

还有一种情况就是在传输过程中没有出现差错，但B对分组M1的确认迟到了，而A会收到重复的确认，A收下后就会丢弃，B仍然会收到重复的M1，并且同样要丢弃重复的M1，并且重传确认分组。

停止等待协议的优点是简单，缺点则是信道的利用率太低。我们用TD表示A发送分组需要的时间，TA表示B发送确认分组需要的时间，RTT为往返时间，则：

为了提高传输的效率，发送方可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用流水线传输的方式。即不必每发完一个分组就停下来等待对方的确认，这样就可以使信道上一直有数据在不间断的传送。

如图表示的是发送方维持的发送窗口，它指的是位于发送窗口内的5个分组都可以连续发送出去而不需要等待对方的确认。同时连续ARP协议规定，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。

对于接收方采用的则是累计确认的方式，即接收方不必对收到的分组逐个发送确认。而是在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认，这就表示：到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。这种方式的优点是：容易实现，即使确认丢失也不必重传（意思是发送方不必重传）。但缺点是不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组信息。

TCP虽然是面向字节流的，但传送TCP的数据单元却是报文段。一个TCP报文段可以分为首部和数据两部分。

为了后面讲述的方便，我们假设数据传输只在一个方向进行，即A发送数据，B给出确认。

TCP的滑动窗口是以字节为单位的。如图所示，现在假定A收到了B发来的确认报文段，其中的窗口是20字节，而确认号是31，根据这2个数据，A就构造出自己的发送窗口。

发送窗口表示：在没有收到B的确认的情况下，A可以连续把窗口内的数据都发送出去。凡是已经发送过的数据，在未收到确认之前都必须暂时保留，以便在超时重传时使用。发送窗口后面的部分表示已发送且已经收到了确认。而发送窗口前沿的部分表示不允许发送的。

现在假定A发送了序号为31~41的数据。这时发送窗口位置并未改变但是发送窗口内靠后面有11个字节表示已发送但是未收到确认。而发送窗口内靠前面的9个字节时允许发送但未发送的。如图所示：

而对于B，它的接收窗口大小是20，在接收窗口外面到30号位置的数据是接收并确认的，因此可以丢弃。在下图中，B收到了32和33的数据，但它们不是按序到达的，因为并没有收到31号数据。B只能对按序达收到的数据中的最高序号给出确认，因此B发送的确认报文字段的确认号依然是31号。

现在假定B收到了序号为31的数据，并把31～33的数据交付主机，然后B删除这些数据。接着把窗口向前移动3个序号，同时给a发送确认，其中的窗口值仍为20，但确认号变为34。表明B已经收到序号33为止的数据。

因为TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已经发送的报文段，但是重传时间的选择却TCP最复杂的问题之一。为此TCP采用了一种自适应算法，它记录了一个报文段发出的时间以及收到相应的确认的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时间RTT，同时TCP保留了RTT的加权平均往返时间RTTs。而RTTD是RTT的偏差加权平均值，它与RTTs和新的RTT样本之差有关。

超时重传时间的算法如下：
第一次测量时，加权平均往返时间取往返时间RTT，以后每次测量到一个新的RTT，按以下公式计算：

第一次测量时，RTT偏差的加权平均等于RTT的一半，以后的测里中，按以下公式计算：

综上超时重传时间RTO计算如下：

若收到的报文无差错，只是未按序号，使用选择确认SACK可是让发送方发送那些未收到的数据，而不重复发送已经收到的那些数据。如果要使用选择确认SACK，那么在建立TCP连接时，就要在TCP首部的选项中加上“允许SACK”的选项，并且双方必须都事先商量好。

流量控制就是指让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。而利用滑动窗口机制就可以很方便的在TCP连接上实现对发送方的流量控制。

如上图所示，接收方B进行了三次流量控制。第一次把窗口减小到rwnd=300，第二次又减到rwnd=100，最后是rwnd=0，即不允许发送方再发送数据了。

但是我们应该考虑一种情况，就是当接收方B的存储已满时，会向发送方发送零窗口的报文段，接着B的存储又有了一些空间，B再向A发送一个不为零的窗口值，但这个报文丢失了，结果就是双方一直等待下去。所以为了解决这个问题，TCP为每一个连接设有一个持续计时器。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，当计时器到期后，就发送一个探测段文段，而对方就在确认这个探测段时给出了现在的窗口值。如果窗口仍然是0，那么收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器，反之则死锁的僵局就可以打破了。

应用程序把数据传送到TCP的发送缓存后，TCP在何时发送这些数据？，在TCP的实现中广泛使用了Nagle算法。具体算法如下：
（1）若发送应用进程要把数据逐个字节地送到TCP的发送缓存，则发送方就把第一个数据字节先发出去，把后面到达的数据字节都缓存起来。
（2）方发送方收到对第一个数据字节的确认后，再把发送缓存中的所有数据组装成一个报文发送出去，同时继续对后续到来的数据进行缓存。
（3）只有收到对前一个报文段的确认后才继续发送下一个报文段。

当数据到达快而网络速度慢时，这种方法可以明显减少网络带宽。Nagle还规定：当到达的数据达到窗口的一半或最大报文长度时就立即发送一个报文。

但还还需要考虑一个叫做糊涂综合征的问题，具体内容是若接收方的缓存已满，应用进程每次只从缓存中取1个字节，然后向发送方确认，并把窗口设为1个字节（缓存只空了1个字节的空间），接着发送方发来1个字节，接收方发回确认，仍然将窗口设为1，这样进行下去，网络的利用率很低。

为了解决这个问题，可以让接收方等待一段时间，使得或者缓存已有足够的空间或者等到接收缓存已有一半的空闲空间。此时，接收方就发出确认报文，并向发送方通知当前窗口的大小。

拥塞 是指在某一段时间内，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就会变坏的情况。而所谓的 拥塞控制 就是防止过多的数据注入到网络当中，这样可以使网络中的路由器或者链路不致过载，它是一个全局性的过程，涉及到所有的主机和路由器，而流量控制往往是指点对点通信量的控制。拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。

TCP进行拥塞控制的算法有4种：慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复。下面在讨论这些算法时我们假定：
（1）数据是单方向传送的，对方只传送确认报文。
（2）接收方总是有足够大的缓存空间。

发送方维持一个拥塞窗口的状态变量，其大小取决于拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口小于拥塞窗口（如果考虑接收方的接收能力的话，发送窗口可能小于拥塞窗口）。发送方控制拥塞窗口的原则是：只要网络没有拥塞，拥塞窗口就再增大一点，以便把更多的分组发送出去，只要出现拥塞，就减小拥塞窗口，以减少注入到网络的分组数。

下面会从“慢开始算法”讲起来讨论拥塞窗口的大小如何变化的。

慢开始的算法思路是：当主机开始发送数据时，由于并不清楚网络的负荷情况，所以如果立即把大量数据字节注入到网络中，就有可能引起网络拥塞。因此会采用由小逐渐增大发送窗口。即在通常开始发送报文时，先将拥塞窗口cwnd的值设为一个最大报文段MSS的数值，而在每收到一个新的报文段确认后，把拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。

如上图所示，开始时cwnd=1，发送方发送一个M1，接收方收到M1发送确认，发送方收到一个确认后将cwnd加1，此时cwnd=2，因此发送方发送M2和M3两个报文段，接收方收到后返回两个确认，因此cwnd增加两次，此时cwnd=4，接着发送方发送M4～M7四个报文段。依次类推。因此使用慢开始算法后，每经过一个传输轮次，拥塞窗口就加倍。

但是为了防止拥塞窗口cwnd增加过大导致网络拥塞，需要设置一个慢开始门限ssthresh，慢开始门限用法如下：
当cwnd<ssthresh时，使用上述的慢开始算法。
当cwnd>ssthresh时，停止使用慢开始算法，使用拥塞避免算法。
当cwnd=ssthresh时，既可以使用慢开始算法，也可以使用拥塞避免算法。
这里的拥塞避免算法是指让拥塞窗口缓慢的增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是像慢开始阶段那样加倍增长。

需要注意的是无论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（根据是没有按时收到确认），立即把慢开始门限ssthresh设为出现拥塞时的发送窗口的一半。然后发送窗口cwnd重新设为1，执行慢开始算法。目的是迅速减少主机发送到网络分组的分组数。

快重传算法要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发送重复确认，如下图接收了M1和M2后，又接收到一个M4，M4属于失序报文，则发送对M2的重复确认。发送方只要连续收到三次确认重复就立即重传对方未收到的报文段M3。

与快重传算法配合的还有快恢复算法，过程如下：
（1）当发送方连续收到三个重复确认时，就把慢开始门限ssthresh减半，这是为了防止网络拥塞，接着并不执行慢开始算法。
（2）由于上图这种情况很可能不是因为网络拥塞引起的，因此这里不执行慢开始算法（即不把拥塞窗口cwnd设为1，这样速度太慢），而是把cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法。

TCP的运输连接有是三个阶段：连接建立、数据传送和连接释放。在TCP的连接过程中要解决以下三个问题：
（1）要使每一方能够确知对方的存在。
（2）要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量）。
（3）能够对运输实体资源进行分配。

TCP建立连接的过程叫做握手，握手需要在客户和服务器之间交换3个TCP报文段。如图是三报文握手建立的连接过程：

A最后还要发送一次确认的原因是为了防止已经失效的连接请求报文段突然又传送到了B，因而产生错误。试想一种情况：如果只有第一次和第二次握手，第二次B向A发送的确认丢失了，此时B进入了连接建立状态，A没有收到确认，过一段时间后会再次向B发送连接请求，B收到后又会再次建立连接，白白浪费B的资源。

A在TIME-WAIT状态等待2MSL（MSL，最长报文段寿命），主要是因为以下两点考虑：首先是为了保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B，因为这个ACK报文段可能丢失，此时B会重传连接释放报文，如果A已经关闭，则无法收到这个报文。其次，当A在发送完最后一个ACK报文段后，再经过时间2MSL，就可以使本连接持续时间内产生的所有报文段都从网络中消失。这样，下一个新连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

在图中每一个方框即TCP可能具有的状态。每个方框中的大写英文字符串时TCP标准所使用的的TCP连接状态名。状态之间的箭头表示可能发生的状态变迁。箭头旁边的字表明引起这种变迁的原因，或表明发生状态变迁后又出现什么动作，在图中粗实线箭头表示对客户进程的正常变迁，粗虚线箭头表示对服务器进程的正常变迁，细线箭头表示异常变迁。

F. 计算机网络的应用层有什么功能

计算机网络的应用层的功能有：

1、运输访问和管理

文件运输与远程文件访问是任何计算机网络最常用的两种应用。文件运输与远程访问所使用的技术是类似的

2、电子邮件

电子邮件与通用文件运输的另一个差别是，邮件文电是最高度结构化的文本。在许多系统中，每个文电除了它的内容外，还有大量的附加信息域，这些信息域包括发送方名和地址、接收方名和地址、投寄的日期和时刻、接收复写副本的人员表、失效日期、重要性等级、安全许可性以及其它许多附加信息。

3、虚拟终端

它实际上只是代有实际终端的抽象状态的一种抽象数据结构。这种抽象数据结构可由键盘和计算机两者操作，并把数据结构的当前状态反映在显示器上。

4、其它功能

（1）目录服务：它类似于电子电话本，提供了在网络上找人或查到可用服务地址的方法。

（2）远程作业录入：允许在一台计算机上工作的用户把作业提交到另一台计算机上去执行。

（3）图形：具有发送如工程图在远地显示和标绘的功能。

（4）信息通信：用于家庭或办公室的公用信息服务。例如智能用户电报、电视图文等。

(6)计算机网络中运输层功能扩展阅读：

计算机网络各层的作用：

1、实体层（物理层）

物理层说白了就是那些连线，光纤、双绞线之类的。

2、链接层（数据链路层）

也是计算机网络的低层，他的作用就是将网络层交下来的数据封装成帧交给物理层，以及将从物理层接收的帧解析出数据交给网络层。（ps：数据在物理层一般叫帧，在网络层交IP数据报或者包）。像适配器、转发器、集线器、网桥、交换机都被归在链接层。

3、网络层

网络层的作用是向上层提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务，它不提供服务质量的承诺，它是为主机间提供逻辑通信。这里涉及到地址解析，路由等内容。常见的路由器可以归为网络层。

4、运输层

运输层是为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。传说中的TCP三次握手、四次握手就发生在这里。这里需要重点关注。

5、应用层

域名解析、HTTP、电子邮件等等都是应用层的范畴。应用层的协议比较多。

G. 计算机网络为什么运输层是必不可少的

传输层是OSI中最重要, 最关键的一层,是唯一负责总体的数据传输和数据控制传输层的一层.传输层提供端到端的交换数据的机制.传输层对会话层等高三层提供可靠的传输服务,对网络层提供可靠的目的地站点信息。

传输层提供了主机应用程序进程之间的端到端的服务，基本功能如下
(1) 分割与重组数据
(2) 按端口号寻址
(3) 连接管理
(4) 差错控制和流量控制,纠错的功能
传输层要向会话层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。