第5章 速记手册
考前 30 分钟过一遍 · 全章压缩重组，细节以各节正文与教材为准
知识框架
服务与端口→
UDP→
TCP 报文段→
连接管理→
可靠传输→
流量控制→
拥塞控制→
小结
核心考点速记
| 主题 | 必背要点 |
|---|---|
| 传输层定位 | 为主机上的进程之间提供端到端逻辑通信；面向通信的最高层、用户功能的最低层 |
| 复用与分用 | 复用：多个进程共用一个传输层协议发送；分用：接收方按端口号交付（网络层分用依据是协议字段） |
| 差错检测 | 传输层检验整个报文（首部+数据）；IP 只检验首部。TCP 出错要求重传，UDP 出错直接丢弃 |
| 端口与套接字 | 端口 16 位、仅本地意义；熟知 0～1023、登记 1024～49151、短暂 49152～65535；套接字 =（IP:端口） |
| TCP vs UDP | TCP：面向连接、可靠、有序、全双工字节流、一对一、有拥塞控制、首部 20~60B；UDP：无连接、不可靠、面向报文保留边界、支持一对多、无拥塞控制、首部 8B |
| UDP 检验 | 加 12B 伪首部（源/目的 IP 各 4B + 全 0 + 协议 17 + UDP 长度），16 位字反码求和取反；接收方校验和应为全 1；伪首部不传输 |
| TCP 首部关键字段 | 序号按字节编号；确认号=期望收到的下一字节序号；数据偏移单位 4B；控制位 URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN；窗口字段通告接收能力 |
| 三次握手 | SYN=1（前两次）、SYN 段不携带数据但消耗 1 序号；第三次握手可携带数据，不带则不耗序号 |
| 四次挥手 | FIN 段消耗 1 序号；第二、三次挥手间为半关闭；主动方 TIME-WAIT 等待 2MSL（确保最后 ACK 到达 + 旧报文消亡） |
| 连接时间账 | 建立：客户 1RTT 后可发数据，服务器 1.5RTT；释放：客户最短 1RTT+2MSL，服务器 1.5RTT |
| 可靠传输 | 检验 + 序号 + 累积确认 + 重传；RTO 略大于加权平均 RTTS（α=1/8）；失序段缓存不丢弃（GBN 与 SR 的混合体） |
| 快重传 | 收到失序段立即发冗余 ACK；对同一段累计 3 个冗余 ACK（共 4 个确认）即立即重传，不等超时 |
| 流量控制 | 滑动窗口：接收方以窗口字段通告 rwnd，动态调整；rwnd=0 后靠持续计时器 + 零窗口探测报文段破死锁 |
| 慢开始 | cwnd 从 1MSS 起，每收一个确认加 1，每轮指数增长，达到 ssthresh 转拥塞避免；不越过 ssthresh |
| 拥塞避免 | 每轮 cwnd 加 1，线性（加法增大）；cwnd<ssthresh 用慢开始，> 用拥塞避免，= 皆可 |
| 拥塞处置 | 超时：ssthresh=cwnd/2（下限 2），cwnd=1，重新慢开始（乘法减小）；3 冗余 ACK：ssthresh=cwnd/2，cwnd=ssthresh，直接拥塞避免（快恢复） |
| 发送窗口 | 上限 = min[rwnd, cwnd]；流量控制端到端（管接收方），拥塞控制全局（管网络） |
易错清单
⚠️ 高频坑点（每条 ≤45 字）
- 传输层分用依据是端口号，网络层分用依据是协议字段，别混。
- SYN、FIN 报文段即使不携带数据也各消耗一个序号。
- 第三次握手可携带数据；不带数据则不消耗序号，下一数据段序号仍为 x+1。
- TIME-WAIT 等 2MSL 的是主动关闭方；被动方收到最后 ACK 即 CLOSED。
- UDP 长度字段含首部和数据，最小值为 8；伪首部 12B 只用于计算检验和，不传输。
- 目的 IP 地址不在 TCP/UDP 首部中，而在 IP 首部中。
- 数据偏移（首部长度）单位是 4B，最大值 15 对应首部 60B。
- 触发快重传需 3 个冗余 ACK，加上原始确认共 4 个确认。
- 慢开始不是增长慢：起点低、每轮翻倍，是指数增长；且不能越过 ssthresh。
- 超时则 cwnd=1 重新慢开始；3 冗余 ACK 则 cwnd 减半进拥塞避免（不归 1）。
必背数字 · 公式 · 端口
📌 端口表
| 应用 | FTP | TELNET | SMTP | DNS | HTTP | POP3 | HTTPS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 端口 | 21（控制）/20（数据） | 23 | 25 | 53 | 80 | 110 | 443 |
📌 必背数字与公式
- UDP 首部 8B（4 字段 × 2B）；伪首部 12B（TCP 同用，协议字段 17→6）；UDP 长度字段最小值 8。
- TCP 首部 20～60B；数据偏移单位 4B（最小值 5，最大值 15）；选项最长 40B。
- 套接字 =（IP 地址 : 端口号）；端口号 16 位；一条 TCP 连接由两个套接字唯一确定。
- 加权平均往返时间：$$RTTS' = (1-\alpha)\times RTTS + \alpha \times RTT$$，α=1/8；RTO 略大于 RTTS。
- MSS 默认 536B（556B 报文段），目的是避免 IP 分片；MSS 与接收窗口无关。
- 发送窗口上限 = min[rwnd, cwnd]。
- 拥塞控制：cwnd 初始 1MSS；ssthresh 减半下限 2；慢开始指数、拥塞避免线性加 1。
- 握手/挥手时间账：客户建连后 1RTT 可发数据，服务器 1.5RTT；释放客户最短 1RTT+2MSL，服务器 1.5RTT。
- 保活计时器：每 75s 发一个探测报文段，连续 10 次无响应则关闭连接。
- TIME-WAIT 等待 2MSL；零窗口后靠持续计时器发零窗口探测报文段。
一分钟自测五问
Q1：为什么建立连接必须三次握手，两次不行？
答案
防止已失效的连接请求突然到达服务器而错误建连。两次握手时，服务器收到滞留的旧 SYN 就直接建连并等待数据，客户却无此意图，服务器资源被长期浪费；三次握手下客户发现确认序号无效，直接丢弃不回 ACK，连接无法错误建立。
Q2：为什么主动关闭方要在 TIME-WAIT 状态等待 2MSL？
答案
① 保证最后一个 ACK 能到达对方——若丢失，对方会重传 FIN，本方还能重发确认；② 让本连接中所有滞留的旧报文段在网络中自然消失，不干扰新连接。
Q3：超时时 cwnd 置 1，收到 3 个冗余 ACK 时 cwnd 却只减半，为什么？
答案
拥塞严重程度不同。收到 3 个冗余 ACK 说明后续报文段仍能到达，网络尚可通信，拥塞较轻，减半适度退让即可；超时说明连 ACK 都回不来，网络可能严重拥塞，须 cwnd=1 重新慢开始、谨慎探测。
Q4：发送方同时收到 rwnd=400、cwnd=200 的通告，实际发送窗口上限是多少？由什么共同决定？
答案
200。发送窗口上限 = min[rwnd, cwnd]，由流量控制（接收方能力，端到端）与拥塞控制（网络状况，全局性）共同决定。
Q5：TCP 既有累积确认（像 GBN）又有失序段缓存与 SACK，它的重传机制到底像谁？
答案
是 GBN 与 SR 的混合体：基础行为用累积确认 + 冗余 ACK，仅重传真正丢失的那个报文段（失序段被接收方缓存，不像 GBN 全部丢弃）；SACK 选项可进一步指明已收到的非连续数据块，重传行为更接近 SR。