计算机网络（5）-传输层--TCP传输：可靠数据传输、流量控制、连接管理、拥塞控制

文章目录

• • 一. TCP传输
  • • 1 TCP报文段结构
    • 2 TCP可靠数据传输
    • 3 TCP流量控制
    • 4 TCP连接管理：3次握手和四次挥手
  • 二. 拥塞控制原理
  • • 1. 拥塞的成因和代价
    • 2. 拥塞控制方法
  • 三. TCP拥塞控制
  • • 1. 拥塞控制的基本原理
    • 2. TCP拥塞控制算法

一. TCP传输

TCP连接提供的服务是全双工服务，同一连接能够双向传输数据，同时，也是点对点的连接（仅有一个发送方和一个接收方）。

1 TCP报文段结构

TCP报文段由首部字段和数据字段组成。

1. 首部字段

   源端口号和目的端口号：用于多路分用和多路复用

   因特网检验和：差错检验

   序号和确认号（32比特）：用于实现可靠数据传输服务

   接收窗口字段（16bite）：用于流量控制，该字段指示接收方愿意接收的字节数量。

   首部长度字段（4bit）：典型长度20bit

   可选与变长的选项字段：用于双方协商最大报文长度、或在高速网络环境下用于窗口调节因子。

   标志字段（6bit）：ACK用于确认字段是否有效、RST、SYN、FIN用于连接的建立和拆除

2. 序号和确认号

序列号指的是segment中

第一个字节的编号

，而不是segment的编号

ACKs:希望接收到的下一个字节的序列号

telnet示例：

2 TCP可靠数据传输

TCP在IP层提供的不可靠服务基础上实现可靠数据传输服务。使用了流水线机制、累积确认机制、使用单一的重传定时器。采用重传来处理丢包，触发重传的时间包括定时器超时和收到重复ACK。

1. 定时器超时时间设置与往返时间（RTT）的估计

   定时器的超时时间是肯定要大于RTT的.

   RTT的估计方式

   为：测量从段发出去到收到ACK的时间（称为SampleRTT，

   忽略重传），测量多个SampleRTT，求平均值，形成RTT的估计值EstimatedRTT

   

   

   定时器时间设置：TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4*DevRTT

2. 发送方处理事件

   为了实现可靠性数据传输，发送方需要进行一些事件处理。

1. 从应用层收到数据： 创建Segment、序列号是Segment第一个字节的编号、 开启计时器、设置超时时间TimeOutInterval
2. 超时：重传引起超时的Segment、重启定时器
3. 收到ACK：如果确认此前未确认的Segment， 则更新SendBase，如果更新后，窗口中还有未被确认的分组，重新启动定时器（这里采用的是单一重传）。

1. 接收方处理

   

2. 快速重传机制

   收到3个冗余的ACK，则进行快速重传。

   

3 TCP流量控制

TCP为应用程序提供了流量控制服务，以消除发送方使接收方缓存溢出的可能性。流量控制实际上是一个速度匹配服务

4 TCP连接管理：3次握手和四次挥手

强烈推荐：TCP的三次握手与四次挥手（详解+动图）

1. 建立连接：三次握手

   

   

   

   

2. 关闭连接

   

二. 拥塞控制原理

拥塞(Congestion)非正式定义：“太多发送主机发送了太多数据或者发送速度太快，以至于网络无法处理”

表现： 分组丢失（路由器缓存溢出）、 分组延迟过大（在路由器缓存中排队）

1. 拥塞的成因和代价

• 情况1：两个发送方和一台具有无穷大缓存的路由器

  

• 情况2：两个发送方和一台具有有限缓存的路由器

  

  

2. 拥塞控制方法

1. 网络辅助的拥塞控制

   路由器向发送方显式地反馈网络拥塞信息 ，简单的拥塞指示(1bit)：SNA, DECbit, TCP/IP ECN, ATM) ，指示发送方应该采取何种速率。

2. 端到端的拥塞控制 （TCP）

   网络层不需要显式的提供支持，端系统通过观察loss，delay等网络行为判断是否发生拥塞。 TCP采取这种方法。

三. TCP拥塞控制

TCP必须通过端到端的控制方法解决拥塞控制，因为IP层不会向端系统提供有关网络拥塞的反馈信息。

1. 拥塞控制的基本原理

首先是如何

限制TCP发送方向连接发送的流量速率，主要采取的方式是控制拥塞窗口cwnd的大小

。

其次是如何使发送方感知网络拥塞：丢包时间则意味着拥塞

最后是如何合理的调整发送速率，主要采用的是TCP拥塞控制算法

2. TCP拥塞控制算法

1. 加性增-乘性减算法：AIMD

   

2. 慢启动：SS

   

   

3. 拥塞避免