计算机网络运输层下 | TCP概述可靠传输流量控制拥塞控制连接管理

文章目录

3 运输层主要协议 TCP 概述
- 3.1 TCP概述特点
- 3.2 TCP连接
- RSVP资源预留协议
4 TCP可靠传输
- 4.1 可靠传输工作原理
- - 4.1.1 停止等待协议
  - 4.1.2 连续ARQ协议
- 4.2 TCP可靠通信的具体实现
- - 4.2.1 以字节为单位的滑动窗口
  - 4.2.2 超时重传时间的选择
  - 4.2.3 选择确认SACK
5 TCP的流量控制
- 5.1 滑动窗口实现
6 TCP拥塞控制
- 6.1 拥塞控制一般原理
- 6.2 拥塞控制的方法
- - 1 慢开始
  - 2 拥塞避免
  - 3 快重传
  - 4 快恢复
  - 主动队列管理AQM
7 TCP运输连接管理
- 7.1 TCP的建立
- 7.2 TCP的连接释放

3 运输层主要协议 TCP 概述

3.1 TCP概述特点

TCP是面向连接的运输协议

每一条TCP只能有两个端点，点对点
提供可靠的全双工交付
面向字节流，但占用很多资源
不提供广播和多播服务

所以从某种意义来说

UDP是一种更加有效的工作方式

TCP面向流的概念

把字节写入发送缓冲，加上TCP首部构成TCP报文段，从接收缓存读取字节，到接收方

3.2 TCP连接

TCP的连接端点叫做套接字（端口号拼接到IP地址构成了套接字）

套接字socket=（IP地址：端口号）如(192.268.2.2:80)

对于要实现传送，可靠传送，拥塞控制等，某些状态信息是必要的。从发送方主机和接收方主机上预留的资源，中间系统不必为主机预留资源

RSVP资源预留协议

是在终端和路由器之间进行业务质量参数协商的信令协议

商量预留带宽和缓冲区的大小

双向资源预留

4 TCP可靠传输

4.1 可靠传输工作原理

4.1.1 停止等待协议

就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认之后再发送下一个分组

全双工通信的双方既是发送方也是接收方

假设我们发送方是A，接收方是B

发送消息 $M_0,M_1……$

无差错情况

即A发送，B确认后正常返回确认信息

在这里插入图片描述

出现差错

出现差错有两种情况

情况一：发送信息没有到达接收方B，接收方B自然不会向发送方A传输确认信息

情况二：接收方B检测出了错误，直接丢弃，也不会给发送方A传输确认信息

那么A怎么判断是否出现差错呢？就是通过超时重传（设置一个超时计时器）等一段时间如果没有收到确认信息，则认为传输差错，重传

在这里插入图片描述

确认丢失和确认迟到

在这里插入图片描述

这种情况发生在接收方向发送方发送确认信息的时候，确认信息丢失

导致A以为B没有正确收到，就会导致重复发送M信息，然后B收到重复的M之后，处理是

第一步丢弃重复的M

第二步向A再发送确认信息

停止等待协议优点是简单

缺点是信道利用率太低

采用了流水线式的传输

4.1.2 连续ARQ协议

连续ARQ协议会设置一个滑动窗口，窗口内部的是可以进行发送的，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前移动一个分组的位置。

接收方一般都采用累积确认方法，也就是说不必逐个发送确认，而是收到几个分组之后，对按序到达的最后一个分组发送确认（这就表示到目前为止所有分组发送都正确的）

优点是：容易实现

缺点是：不能向发送方及时反映接收方收到的消息

4.2 TCP可靠通信的具体实现

具体实现方式之前，先了解TCP报文段首部格式

TCP面向字节流，但是传输单元是报文段

一个TCP报文段分为首部和数据两部分，而TCP的全部功能体现在它首部中各字段的作用。

TCP报文段首部的前20个字节是固定的，后面有4n字节是根据需要而增加的选项

4.2.1 以字节为单位的滑动窗口

首先对于发送方有一个发送窗口，接收方有一个接收窗口

发送方根据接收方传来的确认号与自己的发送窗口大小构建窗口或者移动窗口

接收方不断确认，然后按序交付给高层

4.2.2 超时重传时间的选择

前面我们讲到TCP发送方在规定时间没有收到则要进行重传

重传时间的选择是非常复杂的

TCP采用了一种自适应的算法

它记录一个报文段发送出去的时间，以及收到相应的确认的时间。这两个时间之差就是报文段往返时间 $RTT$ ，为了结果更加平滑，引入了加权平均往返时间 $RTT_s$

每测量一个新的RTT样本，进行一次重新的计算

$新RTT_S=(1-a)×(旧的RTT_S)+a×(新的RTT样本)$

a是一个常数，一般选择0.125

最后我们的超时重传时间RTO应略大于上面得出的加权平均往返时间 $RTT_S$

实际计算

$RTO=RTT_S+RTT_D$

$RTT_D$ 是RTT的偏差加权平均值

4.2.3 选择确认SACK

还有一个问题，就是如果收到的报文没有差错，只是未按序号，中间还缺少一些

那么能否只传输缺少的数据，而不传输已经正确到达的

是可以的，选择确认就是一种可行的处理方法SACK

这个SACK是可以选择的，双方通信可以约定好，如果使用的话会造成更大开销

5 TCP的流量控制

一般来说，我们总是希望数据传输的快一些，但是如果发送方数据传输过快，那么接收方就来不及接收而造成数据丢失，所以需要流量控制——让发送方的发送速率不要太快，让接收方来得及接收

5.1 滑动窗口实现

实际就是通过如果发送方发现发过去会导致丢失，那么则减小滑动窗口的大小

糊涂窗口综合征：当发送方和接收方对滑动窗口的大小以及如何控制它的方式存在一些不一致或不清晰的理解时，就会出现糊涂窗口综合征。这可能导致以下问题：
- 窗口过小：如果接收方认为滑动窗口太小，无法有效利用可用的带宽，可能会导致数据传输速度变慢，从而浪费了网络资源。
- 窗口过大：如果发送方认为滑动窗口可以更大，但接收方不能及时处理或确认所有数据包，就会导致拥塞和丢包问题。
- 滑动窗口不同步：如果发送方和接收方之间的窗口大小或滑动窗口控制逻辑不一致，可能会导致数据包的重传和混淆，从而使网络性能下降。
解决方法：要解决糊涂窗口综合征，需要确保发送方和接收方之间对于窗口大小和滑动窗口控制的方式达成一致。这可以通过更好地协调和调整滑动窗口参数，以及在网络中实施拥塞控制策略来实现。