第5章运输层的拥塞控制
第五章运输层
TCP 与 UDP
两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作 运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。
TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段 (segment)
UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数 据报。
课件制作人：邓小鸿
5.2 用户数据报协议 UDP
5.2.1 UDP 概述
UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加 了很少一点的功能，即端口的功能和 差错检测的功能。
虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠 的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊 的优点。
课件制作人：邓小鸿
UDP 的主要特点
计算机网络（第 5 版）
第 5 章 运输层
课件制作人：邓小鸿
第 5 章 运输层
5.1 运输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信 5.1.2 运输层的两个主要协议 5.1.3 运输层的端口
5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述 5.2.2 UDP 的首部格式
课件制作人：邓小鸿
第 5 章 运输层（续）
课件制作人：邓小鸿
面向报文的 UDP
发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添 加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交 下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留 这些报文的边界。
应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 就照样发 送，即一次发送一个报文。
接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据 报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应 用进程，一次交付一个完整的报文。
5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点 5.3.2 TCP 的连接
作业的参考答案
《计算机网络技术》课程作业参考答案第五章运输层5.1 试说明运输层在协议栈中的地位和作用。
运输层的通信和网络层的通信有什么重要的区别？为什么运输层是必不可少的？答案：（1）运输层是ＯＳＩ七层模型中最重要最关键的一层，是唯一负责总体数据传输和控制的一层。
运输层要达到两个主要目的：第一提供可靠的端到端的通信；第二，向会话层提供独立于网络的运输服务。
在讨论为实现这两个目标所应具有的功能之前，先考察一下运输层所处的地位。
首先，运输层之上的会话层、表示层及应用层均不包含任何数据传输的功能，而网络层又不一定需要保证发送站的数据可靠地送至目的站；其次，会话层不必考虑实际网络的结构、属性、连接方式等实现的细节。
根据运输层在七层模型中的目的和地位，它的主要功能是对一个进行的对话或连接提供可靠的传输服务；在通向网络的单一物理连接上实现该连接的利用复用；在单一连接上进行端到端的序号及流量控制；进行端到端的差错控制及恢复；提供运输层的其它服务等。
运输层反映并扩展了网络层子系统的服务功能，并通过运输层地址提供给高层用户传输数据的通信端口，使系统间高层资源的共享不必考虑数据通信方面的问题。
（2）运输层提供应用进程间的逻辑通信，也就是说，运输层之间的通信并不是真正在两个运输层之间直接传送数据。
运输层向应用层屏蔽了下面网络的细节（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。
网络层为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
（3）运输层的最终目标是为用户提供有效、可靠和价格合理的服务。
在一个系统中，运输实体通过网络服务与其它运输实体通信，向运输层用户（可以是应用进程，也可以是会话层协议）提供运输服务。
运输层的服务包括的内容有：服务的类型、服务的等级、数据运输、用户接口、连接管理、快速数据运输、状态报告、安全保密等。
因此，运输层是必不可少的。
谢希仁《计算机网络》(第5版)章节题库-运输层(圣才出品)
第5章运输层一、选择题1．主机甲与主机乙之间已建立一个TCP连接，主机甲向主机乙发送了3个连续的TCP 段，分别包含300B、400B和500B的有效载荷，第3个段的序号为900。
若主机乙仅正确接收到第1个和第3个TCP段，则主机乙发送给主机甲的确认序号是（）。
[2011统考]A．300B．500C．1200D．1400【答案】B【解析】首先应该计算出第二个段的第一个字节的序号。
第三个段的第一个字节序号为900，由于第二个段有400B，所以第二个段的第一个字节的序号为900-400=500。
由于确认号就是期待接收下一个TCP段的第一个字节序号，所以主机乙发送给主机甲的确认序号是500。
这一题相对比较简单，考生只要理解TCP发送确认号的原理就可以了。
2．主机甲向主机乙发送一个（SYN=1，SEQ=11220）的TCP段，期望与主机乙建立TCP连接，若主机乙接受该连接请求，则主机乙向主机甲发送的正确的TCP段可能是（）。
[2011统考]A．（SYN=0，ACK=0，SEQ=11221，ACK=11221）B．（SYN=1，ACK=1，SEQ=11220，ACK=11220）C．（SYN=1，ACK=1，SEQ=11221，ACK=11221）D．（SYN=0，ACK=0，SEQ=11220，ACK=11220）【答案】C【解析】首先，不管是连接还是释放，一般只要写出来，SYN、ACK、FIN的值一定是1，排除A项和D项。
确认号是甲发送的序列号加1，ACK的值应该为11221（即11220已经收到，期待接收11221），所以排除B项可得正确答案A项。
另外需要重点提醒的是，乙的SEQ值是主机随意给的，和甲的SEQ值没有任何关系，这里只是巧合。
3．主机甲和主机乙之间建立一个TCP连接，TCP最大段长度为1000字节，若主机甲的当前拥塞窗口为4000字节，在主机甲向主机乙连续发送2个最大段后，成功收到主机乙发送的第一段的确认段，确认段中通告的接收窗口大小为2000字节，则此时主机甲还可以向主机乙发送的最大字节数是（）。
计算机网络第四版(课后练习答案)
计算机网络第四版(课后练习答案)计算机网络第四版（课后练习答案）第一章：计算机网络与因特网1. 计算机网络的基本概念与体系结构计算机网络是指将分散的、独立的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，实现信息共享和资源共享的系统。
它由硬件、软件和协议等组成，并遵循一定的体系结构。
2. 因特网的发展与组成因特网是全球最大的计算机网络，由大量的自治系统（AS）组成，采用TCP/IP协议族作为通信协议，实现全球范围内的信息交流和资源共享。
第二章：物理层1. 传输媒体的基本概念和分类传输媒体是信息在计算机网络中传输的介质，主要包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线媒体等，根据传输方式分类可分为有线传输媒体和无线传输媒体。
2. 信道复用与调制信道复用是指多路复用技术，用于将多个通信信道中的数据通过一个物理通道传输。
调制技术是将数字信号转换为模拟信号的过程，常用的调制方式有ASK、FSK、PSK等。
第三章：数据链路层1. 数据链路层的基本概念和功能数据链路层在物理层之上，提供有点到点的数据传输服务，主要功能包括帧的封装与解封装、错误检测与纠正、流量控制和访问控制等。
2. 介质访问控制介质访问控制是指多个计算机节点在共享传输媒体时的竞争与协调机制，主要包括载波侦听、轮询、令牌传递和CSMA等。
第四章：网络层1. 网络层的基本概念与功能网络层是计算机网络中的核心层，负责将分组从源节点传输到目的节点，主要功能包括寻址与路由、分组的转发与接收、拥塞控制和互联互通等。
2. 网际协议（IP）IP协议是因特网中最主要的协议之一，它定义了数据报的格式和传输规则，实现了数据包的路由和转发功能，是因特网的核心协议之一。
第五章：运输层1. 运输层的基本概念与功能运输层负责对网络层传输的数据进行可靠或无需可靠地传输，主要功能包括端到端的连接建立与释放、数据的分段与重组、流量控制和拥塞控制等。
2. 传输控制协议（TCP）TCP是因特网中最重要的运输层协议之一，它提供可靠的、面向连接的数据传输服务，通过确认应答和超时重传等机制，保证了数据的可靠性和可恢复性。
运输层知识点总结
运输层知识点总结运输层是OSI模型中的第四层，负责在主机之间提供端到端的数据传输服务。
运输层使用端口号来识别不同的应用程序，并为这些应用程序提供可靠的数据传输服务。
本文将总结运输层的知识点，包括运输层的功能、协议、特性等内容。
1. 运输层的功能运输层主要有两个功能，一是提供端到端的数据传输服务，二是为应用层提供端口号和流控制。
具体来说，运输层负责将应用层的数据分割成适合传输的数据段，并为这些数据段提供可靠的传输服务。
此外，运输层还负责数据的多路复用与分解，即将来自不同应用程序的数据段合并到一个数据流中传输，然后再分解成适合不同应用程序的数据段。
2. 运输层的协议在运输层有两个主要的协议，即传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP 提供可靠的数据传输服务，具有数据校验、流量控制、拥塞控制等功能，适用于需要可靠数据传输的应用程序，如电子邮件、文件传输等。
UDP则提供不可靠的数据传输服务，不具有数据校验、流量控制等功能，适用于实时性要求高的应用程序，如视频会议、在线游戏等。
3. 运输层的特性运输层有多种特性，包括可靠性、流量控制、拥塞控制等。
其中，可靠性是运输层最重要的特性之一，即保证数据传输的正确性和完整性。
为了实现可靠传输，TCP使用序号、确认应答、重传机制等技术。
流量控制是另一个重要的特性，即控制发送方的发送速率，使得接收方可以处理接收到的数据。
拥塞控制是为了避免网络拥塞，使得网络能够在高负载时保持稳定运行。
4. 运输层的端口号运输层使用端口号来识别不同的应用程序。
端口号是一个16位的数字，范围从0到65535。
其中，0到1023的端口号是系统端口号，用于系统服务和常用应用程序，如HTTP的端口号是80，SMTP的端口号是25。
1024到49151的端口号是注册端口号，用于一些常用应用程序，如FTP的端口号是21，Telnet的端口号是23。
49152到65535的端口号是动态或私有端口号，用于一些临时性应用程序。
第五章 运输层及答案
第5章运输层一选择题1、在建立TCP连接过程中，出现错误连接时，______标志字段置“1”。
A．SYN B．RST C．FIN D．ACK2、TCP序号单位是______。
A．字节 B.报文 C.比特 D.以上都不是3、下图中主机A和主机B通过三次握手建立TCP连接，图（2）处的数字是______。
A．100 B．101C．300 D．3014、TCP使用的流量控制协议是______。
A．固定大小的滑动窗口协议B．可变大小的滑动窗口协议C．后退N帧ARQ协议D．停等协议5、TCP是互联网中的重要协议，为什么TCP要使用三次握手建立连接?______。
A．连接双方都要提出自己的连接请求并且回答对方的连接请求B．为了防止建立重复的连接C．三次握手可以防止建立单边的连接D．防止出现网络崩溃而丢失数据6、下面的应用层协议中通过UDP传送的是______。
A．SMTP B．TFTP C．POP3 D．HTTP7、下面______不是UDP用户数据报首部的一部分？A.序号B.源端口地址C.检验和D.目的端口号8、在OSI 模型中，提供端到端传输功能的层次是______。
A.物理层B.数据链路层C.传输层D.应用层9、TCP 的主要功能是______。
A.进行数据分组B.保证可靠传输C.确定数据传输路径D.提高传输速度10、应用层的各种进程通过______实现与传输实体的交互。
A.程序B.端口C.进程D.调用11、传输层上实现不可靠传输的协议是______。
A．TCP B.UDP C.IP D.ARP12、传输层与应用层的接口上所设置的端口是一个多少位的地址______。
A.8位B.16位C.32位D.64位13、以下端口为熟知端口的是______。
A.8080B.4000C.21D.25614、UDP中伪首部的传递方向______。
A.向下传递B.向上传递C.既不向下也不向上传递D.上下两个方向都传递15、欲传输一个短报文，TCP和UDP哪个更快______。
计算机网络 件 谢希仁5章PPT课件
第6页/共137页
主机 B
AP3 AP4
应用进程之间的通信
• 两个主机进行通信实际上就是两个主机中的 应用进程互相通信。
• 应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 • 运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。
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”。
• 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 信第道10页。/共137页
5.1.2 运输层的两个主要协议
TCP/IP 的运输层有两个不同的协议： (1) 用户数据报协议 UDP
(User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP
• 应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 就照样 发送，即一次发送一个报文。
• 接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数 据报，在去除首部后就原封不动地交付上层
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UDP 是面向报文的
应用层报文
应用层
UDP 首部 UDP 用户数据报的数据部分 运输层
IP 首部
IP 数据报的数据部分
01000111 00000000 → 数据和 0（填充）
按二进制反码运算求和 10010110 11101101 → 求和得出的结果 将得出的结果求反码 01101001 00010010 → 检验和
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5.3 传输控制协议 TCP 概述
5.3.1 TCP 最主要的特点
• TCP 是面向连接的运输层协议。 • 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点
网络答案
仅供参考第1章 计算机网络概述一、单项选择题与填空 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B D A B C A A B D C 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 B D C B D D D C C D 21 22 23 24 25 26 27 28 CBACCDAD29、语法、语义30、网络层、进程到进程、数据链路层 二、简答与计算1、试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
（参见教材习题1-03） 答案：电路交换的优点：适用于连续传送大量数据。
电路交换的缺点：电路建立连接时间长，线路利用率低。
信息传输延时小，就给定的连续路由来说，传输延时是固定不变的。
信息编码方法、信息格式以及传输控制程序都不受限制，即可向用户提供透明的通路。
报文交换的优点是采用了存储转发技术，线路利用率高，缺点是延时长。
分组交换的优点：分组动态分配带宽，且对网络逐段占用，提高通信线路使用效率。
分组独立选择路由，使结点之间数据交换比较灵活。
分组大大压缩结点所需的存储容量，也缩短了网络延时。
较短的报文分组比较长的报文可大大减少差错的产生，提高传输可靠性。
分组交换的缺点：分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
当网络通信量过大时，这种时延也可能会很大。
同时，各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销。
2、试述五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
（参见教材习题1-24）答案：所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI 七层模型和TCP/IP 的四层模型而得到的五层模型。
五层协议的体系结构见图1-1所示。
应用层运输层网络层数据链路层物理层图1-1五层协议的体系结构 各层的主要功能： （1）应用层应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。
应用层不仅要提供应用进程所需要的信息4 3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（user agent),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。
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0 0 2 4 6 8 10
发生超时 进入拥塞避免
12 14 16 18
更新后的 ssthresh = 12
20 22
传输次数
慢开始
拥塞避免
慢开始
拥塞避免
当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口=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。
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
20 进入拥塞避免
16
ssthresh = 16
12
8
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指数规律增长
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发生超时 进入拥塞避免
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更新后的 ssthresh = 12
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传输次数
慢开始
拥塞避免
慢开始
拥塞避免
假定拥塞窗口的数值增长到 24 时，网络出现超时（表明网络拥塞了）。
计算机网络
第 7 章 运输层的拥塞控制
课件制作人：谢希仁
四种拥塞控制的方法
• 慢开始 • 拥塞避免 • 快重传 • 快恢复
课件制作人：谢希仁
两个参数
• 拥塞窗口cwnd：发送方维持的一个状态变量，拥塞窗口的大小取决于 网络的拥塞程度，并且动态地在变化。发送方让自己的发送窗口等于 拥塞窗口。
• 慢开始门限ssthresh：其用法如下
• 当cwnd < ssthresh时，使用慢开始算法； • 当cwnd > ssthresh时，停止使用慢开始算法而
改用拥塞避免算法 • 当cwnd = ssthresh时，既可使用慢开始算法，
也可使用拥塞避免算法。
课件制作人：谢希仁
慢开始算法的原理
• 由小到大逐渐增大发送窗口，也就是逐渐增大拥塞窗口； • 在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口 cwnd 设置为一个最大报
• 不难看出，快重传并非取消重传计时器，而是在某些情况下可更早地重传丢失的报文 段。
主机 A
M1, M2 ACK2, ACK3
M3 M4 ACK3 M5 ACK3 M6 ACK3 M3
快重传举例
主机 B A 发送 M1 和 M2
B 确认 M1 和 M2
丢失！
A 发送 M3 但丢失了 A 发送 M4
课件制作人：谢希仁
必须强调指出
• “拥塞避免”并非指完全能够避免了拥塞。利用以 上的措施要完全避免网络拥塞还是不可能的。 • “拥塞避免”是说在拥塞避免阶段把拥塞窗口控 制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现拥 塞。
课件制作人：谢希仁
课
件
制
作
人
：
谢
希 仁
• 快重传算法首先要求接收方每接到一个失效的报文段后就立即发出重复确认（为的是
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
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慢开始
拥塞避免
发生超时 进入拥塞避免
更新后的 ssthresh = 12
12 14 16 慢开始
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传输次数
在执行慢开始算法时，拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1，发送第一个报文段 M0。
（2）而是把拥塞窗口cwnd设置为慢开始门限ssrhresh减半后的数值，然后开始 执行拥塞避免算法（“加法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大。
课件制作人：谢希仁
注意
在采用快恢复算法时，慢开始算法只是在TCP连接建 立时和网络出现超时时才使用。见P212图5-27所示。
请做P222第5-39题
课件制作人：谢希仁
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
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慢开始
拥塞避免
发生超时 进入拥塞避免
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传输次数
当 cwnd = 12 时改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按按线性规律增长，每经过一个往返时延就增加一个 MSS 的大小。
• 拥塞窗口cwnd重新设置为1，执行慢开始算法； • 目的：迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够
时间把队列中积压的分组处理完毕。
课件制作人：谢希仁
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
20 进入拥塞避免
16
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指数规律增长
文段 MSS 的数值； • 在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个 MSS
的数值； • 每经过一个传输轮次，拥塞窗口 cwnd 就加倍； • 用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd，可以使分组注入到网
络的速率更加合理。
课件制作人：谢希仁
拥塞避免算法
• 条件：拥塞窗口cwnd >慢开始门限 ssthresh时，停止使用慢开始算法 而改用拥塞避免算法；
AIMI算法
• Additive Increase 加法增大 • Multiplicative Decrease 乘法减小
课件制作人：谢希仁
乘法减小
(multiplicative decrease)
• “乘法减小“是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现 一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始门限值 ssthresh 设 置为当前的拥塞窗口值乘以 0.5。
• 原理：没经过一个往返时间RRT（即传输轮次），就把拥塞窗口cwnd 加1，而不是加倍；
• 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 率缓慢得多。
课件制作人：谢希仁
要点
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（其依 据就是没有按时收到确认）：
• 要将慢开始门限ssthresh设置为出现拥塞时的发送窗口值的一半（但不能小 于2）
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
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线性规律增长
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ssthresh = 16
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发生超时 进入拥塞避免
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更新后的 ssthresh = 12
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传输次数
慢开始
拥塞避免
慢开始
拥塞避免
发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK，就把发送端的拥塞窗口加 1，因此拥塞窗口 cwnd 随着传输次数按指 数规律增长。
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
20 进入拥塞避免
16
ssthresh = 16
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指数规律增长
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慢开始
拥塞避免
发生超时 进入拥塞避免
更新后的 ssthresh = 12
12 14 16 慢开始
18 20 22 拥塞避免
传输次数
更新后的 ssthresh 值变为 12（即发送窗口数值 24 的一半），拥塞窗口再重新设置为 1，并执行慢开始算法。
B 只能再次确认 M2(因为 M3 没有收到）
A 发送 M5
B 发送第二个重复确认 ACK3
A 发送 M6
B 发送第三个重复确认 ACK3 A 收到了三个重复的确认 ACK3，就立即重传 M3，而不必等待 超时重传。
快恢复算法
• 与快重传配合使用 • 过程：
（1）发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把慢开始门 限ssthresh减半，这是为了预防网络发生拥塞，请注意：接下去不执行慢开始 算法（即拥塞窗口cwnd不设置为1）；
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
20 进入拥塞避免
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ssthresh = 16
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慢开始
拥塞避免
发生超时 进入拥塞避免
更新后的 ssthresh = 12
12 14 16 慢开始
18 20 22 拥塞避免
传输次数
发送端收到 ACK1 （确认 M0，期望收到 M1）后，将 cwnd 从 1 增大到 2，于是发送端可以接着发送 M1 和 M2 两 个报文段。
• 当网络频繁出现拥塞时，ssthresh 值就下降得很快，以大大减少注 入到网络中的分组数。
课件制作人：谢希仁
加法增大
(additive increasห้องสมุดไป่ตู้)
• “加法增大”是指执行拥塞避免算法后，当收到对所有报文段的确 认就将拥塞窗口 cwnd增加一个 MSS 大小，使拥塞窗口缓慢增大， 以防止网络过早出现拥塞。
慢开始和拥塞避免算法的实现举例
拥塞窗口 cwnd 24
线性规律增长
20 进入拥塞避免
16
ssthresh = 16
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指数规律增长
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发生超时 进入拥塞避免
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更新后的 ssthresh = 12
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