計算機網絡（5）-傳輸層--TCP傳輸：可靠資料傳輸、流量控制、連接配接管理、擁塞控制

文章目錄

• • 一. TCP傳輸
  • • 1 TCP封包段結構
    • 2 TCP可靠資料傳輸
    • 3 TCP流量控制
    • 4 TCP連接配接管理：3次握手和四次揮手
  • 二. 擁塞控制原理
  • • 1. 擁塞的成因和代價
    • 2. 擁塞控制方法
  • 三. TCP擁塞控制
  • • 1. 擁塞控制的基本原理
    • 2. TCP擁塞控制算法

一. TCP傳輸

TCP連接配接提供的服務是全雙工服務，同一連接配接能夠雙向傳輸資料，同時，也是點對點的連接配接（僅有一個發送方和一個接收方）。

1 TCP封包段結構

TCP封包段由首部字段和資料字段組成。

1. 首部字段

   源端口号和目的端口号：用于多路分用和多路複用

   網際網路檢驗和：差錯檢驗

   序号和确認号（32比特）：用于實作可靠資料傳輸服務

   接收視窗字段（16bite）：用于流量控制，該字段訓示接收方願意接收的位元組數量。

   首部長度字段（4bit）：典型長度20bit

   可選與變長的選項字段：用于雙方協商最大封包長度、或在高速網絡環境下用于視窗調節因子。

   标志字段（6bit）：ACK用于确認字段是否有效、RST、SYN、FIN用于連接配接的建立和拆除

2. 序号和确認号

序列号指的是segment中

第一個位元組的編号

，而不是segment的編号

ACKs:希望接收到的下一個位元組的序列号

telnet示例：

2 TCP可靠資料傳輸

TCP在IP層提供的不可靠服務基礎上實作可靠資料傳輸服務。使用了流水線機制、累積确認機制、使用單一的重傳定時器。采用重傳來處理丢包，觸發重傳的時間包括定時器逾時和收到重複ACK。

1. 定時器逾時時間設定與往返時間（RTT）的估計

   定時器的逾時時間是肯定要大于RTT的.

   RTT的估計方式

   為：測量從段發出去到收到ACK的時間（稱為SampleRTT，

   忽略重傳），測量多個SampleRTT，求平均值，形成RTT的估計值EstimatedRTT

   

   

   定時器時間設定：TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4*DevRTT

2. 發送方處理事件

   為了實作可靠性資料傳輸，發送方需要進行一些事件處理。

1. 從應用層收到資料： 建立Segment、序列号是Segment第一個位元組的編号、 開啟計時器、設定逾時時間TimeOutInterval
2. 逾時：重傳引起逾時的Segment、重新開機定時器
3. 收到ACK：如果确認此前未确認的Segment， 則更新SendBase，如果更新後，視窗中還有未被确認的分組，重新啟動定時器（這裡采用的是單一重傳）。

1. 接收方處理

   

2. 快速重傳機制

   收到3個備援的ACK，則進行快速重傳。

   

3 TCP流量控制

TCP為應用程式提供了流量控制服務，以消除發送方使接收方緩存溢出的可能性。流量控制實際上是一個速度比對服務

4 TCP連接配接管理：3次握手和四次揮手

強烈推薦：TCP的三次握手與四次揮手（詳解+動圖）

1. 建立連接配接：三次握手

   

   

   

   

2. 關閉連接配接

   

二. 擁塞控制原理

擁塞(Congestion)非正式定義：“太多發送主機發送了太多資料或者發送速度太快，以至于網絡無法處理”

表現： 分組丢失（路由器緩存溢出）、 分組延遲過大（在路由器緩存中排隊）

1. 擁塞的成因和代價

• 情況1：兩個發送方和一台具有無窮大緩存的路由器

  

• 情況2：兩個發送方和一台具有有限緩存的路由器

  

  

2. 擁塞控制方法

1. 網絡輔助的擁塞控制

   路由器向發送方顯式地回報網絡擁塞資訊 ，簡單的擁塞訓示(1bit)：SNA, DECbit, TCP/IP ECN, ATM) ，訓示發送方應該采取何種速率。

2. 端到端的擁塞控制 （TCP）

   網絡層不需要顯式的提供支援，端系統通過觀察loss，delay等網絡行為判斷是否發生擁塞。 TCP采取這種方法。

三. TCP擁塞控制

TCP必須通過端到端的控制方法解決擁塞控制，因為IP層不會向端系統提供有關網絡擁塞的回報資訊。

1. 擁塞控制的基本原理

首先是如何

限制TCP發送方向連接配接發送的流量速率，主要采取的方式是控制擁塞視窗cwnd的大小

。

其次是如何使發送方感覺網絡擁塞：丢包時間則意味着擁塞

最後是如何合理的調整發送速率，主要采用的是TCP擁塞控制算法

2. TCP擁塞控制算法

1. 加性增-乘性減算法：AIMD

   

2. 慢啟動：SS

   

   

3. 擁塞避免