1. 傳輸層的主要功能是什麼？

20. UDP適合哪些環境？TCP適合哪些環境？

一、傳輸層的主要功能是什麼？

分割並重新組裝上層提供的資料流，為資料流提供端到端的傳輸服務。

二、傳輸層如何區分不同應用程式的資料流？

因為，對應傳輸層而言，它只需要知道目標主機上的哪個服務程式來響應這個程式，而不需要知道這個服務程式是幹什麼的。因此，我們只需要能夠抽象的表示出來這些應用程式和服務程式即可。我們使用埠號來抽象標識每個網路程式。

因此：在同一IP地址（同一個目標主機）上不同的埠號是兩個不同的連結。IP地址和埠號用來唯一的確定網路上資料的目的地。

三、傳輸層有哪些協議？

傳輸層的兩大協議：TCP（傳輸控制協議）UDP（使用者資料包協議）

TCP是一個可靠的面向連結的協議，UDP是不可靠的或者說無連線的協議。

可以用打電話和發簡訊來說明這種關係：

UDP就好似發簡訊，只管發出去，至於對方是不是空號（網路不可到達）能不能收到（丟包）等並不關心。

TCP好像打電話，雙方要通話，首先，要確定對方不是開機（網路可以到達），然後要確定是不是沒有訊號（），然後還需要對方接聽（通訊連結）。

四、什麼是UDP協議？

UDP資料包結構如下圖所示

UDP為應用程式提供的是一種不可靠的、無連線的分組交付，因此，UDP報文可能會出現丟失、亂序、重複、延時等問題。因為它不提供可靠性，它的開銷很小。（開銷很小具體指什麼？下文揭祕）

五、為什麼有了UDP，還需要TCP？

問題4中已經說到，UDP為應用程式提供的是一種無連線、不可靠的分組交付。當網路硬體失效或者負擔太重時，資料包可能就會產生丟失、重複、延時、亂序的現象。這些都會導致我們的通訊不正常。如果讓應用程式來擔負差錯控制的工作，無疑將給程式設計師帶來許多複雜的工作，於是，我們使用獨立的通訊協議來保證通訊的可靠性是非常必要的。

六、什麼是TCP協議？

 傳輸控制協議TCP是一個面向連結的、可靠的通訊協議。

1. 在開始傳輸前，需要進行三次握手建立連結
2. 可靠性：在傳輸過程中，通訊雙方的協議模組繼續進行通訊
3. 通訊結束後，通訊雙方都會使用改進的三次握手來關閉連結

TCP資料包結構如下圖

七、怎麼理解協議和程式？

如同我們自定義的應用層協議一樣：協議只是給出了一組規範，規定我們應該怎麼樣（按什麼規則）儲存資料。

在計算機間傳輸的永遠都是二進位制位元組碼（對於傳輸層，可以理解為傳輸的始終是下層的IP資料包），是計算機中的程式通過對這些位元組碼進行邏輯分析、判斷，來控制程式完成差錯控制等功能。
至於解析這些位元組碼的程式，則可以有不同的實現，只要我們按照規則來解析，並作出相應的控制，我們大可以自己寫個程式是實現相應功能。

八、TCP是否真的有連結？

我們都知道，TCP通過完成三次握手來建立連結的，但是這種連線是面向虛電路的，是物理上不存在的，只是雙方的TCP程式，邏輯上的認為建立了這樣的連結。 

九、連結是如何建立的（邏輯上）？

        假設：當我們在主機A上啟動一個程式，通過TCP去連結主機B上的9091埠。

整個過程是怎麼樣的呢？邏輯上我們可以這麼理解建立連結的過程：

1.SYN:seq=X;

1.1 A的TCP程式，為這個連結分配一個埠（設為9090）。

1.2 同時邏輯上的將TCP連線的狀態設定為：正在連線。（通過在連結狀態表中新增一條記錄，記錄中狀態為：正在連線）

1.3 同時，隨機生成一個初始序列號X，生成一個TCP包，將初始化序列號X設定為TCP中的序列號，傳送給主機B。

 2.SYN:seq=Y ACK:ack=X+1;

2.1 B上TCP程式收到該資料包，查詢9091埠狀態，如果可以連結。

2.2 同樣的，在邏輯上的將TCP連線的狀態設定為：正在連線

2.3 同時，隨機生成一個初始化序列號Y，根據接收的序列號X，生成應答號X+1，生成一個TCP包，將序列號和應答號分別設定到TCP包頭中，將TCP資料包發給主機A。

3.SYN:seq=X+1 ACK:ack=Y+1.

3.1  A上的TCP程式接收到資料包，查詢9090埠狀態。

3.2 根據收到的SYN:seq=Y;ACK:ack=X+1; 封裝一個TCP包 SYN:seq=x+1;ACK:ack=Y+1;傳送給主機B。同時，TCP程式將連結狀態表中該條記錄狀態設定為已連線。

3.3 主機B收到資料包，TCP程式將連結狀態表中該條記錄狀態設定為已連線。

至此，一個TCP連結建立（三次握手）完成。

我們可以看到：

第一：傳送的都是IP資料包，其實只是將收到的資料包交給TCP程式處理。

第二：連結狀態，只是TCP程式中的一個邏輯狀態。

十、所謂的建立TCP連結開銷很大，具體是指什麼？

從九中，很容易看出。要簡歷TCP連結，必須進行三次IP資料包的成功傳輸。

十一、三次握手的目的是什麼？

TCP是面向連結的，在面向連結的環境中，開始傳輸資料之前，在兩個中端之間必須先建立一個連結。建立連結的過程可以確保通訊雙方在傳送應用程式資料包之前，都已經準備好了傳送和接收資料。並且使通訊雙方統一了初始化序列號。

十二、TCP如何提供可靠性？

在傳輸過程中，通訊雙方的協議模組繼續進行通訊，從而確保了傳輸的可靠性。
針對亂序：在通過三次握手進行連結時，序列號被初始化。在傳輸過程中，TCP繼續使用這個序列號來標記傳送的每一個數據段，沒傳送一個數據段，序列號加一。接收方依據序列號重灌收到的資料段。
針對丟包：在傳輸過程中，接收方收到一個數據段後，會用ACK應答碼向傳送端回覆一個IP包進行應答，確認號ACK用來告訴傳送端哪些資料包已經成功接收，傳送方對未被應答的報文段提供重傳。
針對重複：接收端收到資料段後，檢視序列號，如果已經成功接收改資料包，則丟棄後面這個資料段。
針對延時：延時造成的第一個問題，就是資料包達到接收端時亂序。
當延時嚴重時，接收端一直未收到資料段，則不會回覆ACK，傳送端認為丟包，重發。

十三、什麼是預期確認？什麼是肯定確認與重新傳輸？哪些情況會重傳？

1.確認號ACK會告訴傳送端哪些資料段已經成功接收，並且確認號會向傳送端指出接收端希望收到的下一個序列號。即，確實號ACK為上個數據序列號+1，這種機制稱為預期確認。

2.為了提高效率，我們在傳送端，將資料段儲存在緩衝區中，直道傳送端收到來自接收端的確認號。這種機制被稱為“肯定確認與重新傳輸”。

3.當傳送端在給定時間間隔內收不到那個資料段的應答時，傳送端就會重傳那個資料段。
情況1：網路延時/環路，資料段丟失
情況2：網路延時，資料段推遲到達
情況3：資料段成功到達，應答因為1.2不能達到。

 十四、TCP中，序列號和應答號有哪些作用？

從以上10,11,12中，很明顯的可以看到

1、依靠序列號重組資料段

2、依靠資料包消除網路中的重複包

3、依靠序列號和應答號進行差錯重傳，提高了TCP的可靠性

十六、為什麼需要視窗技術？

前面我們已經說了，TCP的可靠性，是通過預期確認來實現的。即傳送方傳送一個數據段後，需要得到對方的確認後，才會傳送下一個資料段。
因此，假設一個數據段大小為64KB（IP包最大值），一次傳送和確認需要的時間為500MS，則，1S內，只能傳送128KB的資料，如果頻寬為1M，顯然很浪費頻寬。為了充分利用頻寬，我們使用視窗技術。滑動視窗允許傳送方在收到接收方的確認之前傳送多個數據段。（視窗大小決定了在收到確認前可以傳送的資料段數量）

十七：如何實現流量控制？

視窗數決定了當前傳輸的最大流量。當我們在傳輸過程中，通訊雙方可以根據網路條件動態協商視窗大小，調整視窗大小時，即可實現流量控制。（在TCP的每個確認中，除了ACK外，還包括一個視窗通知）

十八、UDP的開銷很小，具體是指什麼？

1.因為UDP是無連線的。在傳輸資料之前，不需要進行復雜的三次握手來建立連線。
2.在傳輸資料時，沒有協議間通訊流量（確認訊號），也不需要浪費不必要的處理時間（接收確認訊號再發一下）。
3；傳輸結束後，也不用再用改進的三次握手來埠連線。

十九、UDP資料包、TCP資料包大小如何確認？

1、無論TCP還是UDP資料包，都需要交給Internet層封裝為IP包，而一個IP包，包頭中的長度位為16位，所以IP包最大為2的16方，即65535（64KB還需要減去各種包頭長度）。

2、TCP因為面向流，且可以憑藉序列號對大檔案進行分段和重組，因此，TCP可以用來傳輸較大的檔案。而UDP，如果要傳輸大於64KB的資料，則需要自己在應用層進行差錯控制。

3、為了提高傳輸效率和減少網路通訊量（協議間的通訊），TCP也會一次傳輸足夠多的資料。

4、因為MTU的存在，TCP包和UDP包不是越大越好。（在路由中分包，在接收端重組，加大路由與接收端負擔，增大丟包概率。分組丟失，整個資料包重傳。）

二十：UDP適用哪些環境？TCP適用哪些環境？

適合UDP的環境：

1、在高效可靠的網路環境中（不需要考慮網路不好導致的丟包、亂序、延時、重複等問題），因為UDP是無連線的服務，不用消耗不必要的網路資源（TCP中的協議間通訊）和處理時間（預期確認需要的時間），從而效率要高的多。
2、在輕權通訊中，當需要傳輸的資料量很小（可以裝在一個IP資料包內）時。如果我們使用TCP協議，那麼，先建立連線，一共需要傳送3個IP資料包，然後資料傳輸，1個IP資料包，產生一個確認訊號的IP包，然後關閉連線，需要傳輸5個IP資料包。使用TCP協議IP包的利用率為1/10。而使用UDP，只需要傳送一個IP資料包。哪怕丟包（服務不成功），也可重新申請服務（重傳）。

適合TCP協議的環境：

當網路硬體失效或者負擔太重時，資料包可能就會產生丟失、重複、延時、亂序的現象。這些都會導致我們的通訊不正常的時候。如果讓應用程式來擔負差錯控制的工作，無疑將給程式設計師帶來許多複雜的工作，於是，我們使用獨立的通訊協議來保證通訊的可靠性是非常必要的。