传输控制协议TCP

6.10 糊涂窗口综合症SWS
TCP的坚持定时器 在接收方发出‘0’窗口通告后，发送方为了防止死 锁发生，用一个坚持定时器周期性地向接收方发送 窗口探察报文， 防止“0”窗口通告后窗口恢复通告 丢失后造成死锁。 1.什么是SWS？ 接收方的小窗口通告造成发送方发送一系列小的 报文段，严重浪费网络带宽。 2.启发式的避免策略： 接收方： （1）避免小窗口通告 ，在零窗口通告之后，只在 可用缓冲区显著增加（缓冲区空间的一半或一个 MSS）后才发送新的窗口通告
序号 120 序号 133 序号 149
Information Engineering University,Zhengzhou
段1
段2 段3
首部长度：4字节计数，最大15，TCP首部长度20-60 序号：当前报文的序号 确认号：希望接收的对方下一报文段序号(已成功接收 到的数据字节序+1)
窗口：通告对等端缓冲区大小，使发送方修改窗口的 大小，以便进行收发双方的流量控制。 问题：初始窗口大小如何确定？ 默认值，在建立连接时互相通告
6.2 提供可靠性 1. 防丢失 – 带重传的肯定确认技术
数据发送方
发送分组1 接收分组1 发送确认
数据接收方
① 接收方收到 数据后向源站发 确认（ACK）；
接收确认，发送分组2
超时重传
② 设置定时器， 源站在限定时间 内未收到ACK， 则重发。
两个问题: 定时器时限设置多长？ 如何对待重复的数据？
校验和计算：加入伪首部，必须（UDP可选）
源IP 目IP 协议
0
TCP长度
码元比特（标识报文段的目的与内容）：
URG ACK PSH
紧急 确认 强迫
RST
连接 复位
SYN
序号 同步
FIN
字节流 同步
带有确认
建立连接
异常关闭连接
正常关闭连接
选项： TCP软件利用选项字段来指定本端所能接收的报文长 度的最大值MSS。
确认（200）
窗口通告（120）
说明：接收方使用0窗口通告来停止所有的传输。此 时，除了紧急数据和窗口试探报文外，不发其它数据 。 窗口试探报文：防止非0窗口通告丢失或造成死锁
6.4 端口、端点和连接
1. 端口(21、23、25、53、79、80、88、139、161) 2. 端点 一对整数：（host IP，port）标识通信一方的一个 应用程序。 3. 连接 一对端点:表示通信双方应用程序间的一条虚电路。 ① 主动打开 – 去请求 ② 被动打开 – 等待来 4.说明 一台机器上的一个TCP端口可被多个连接共享；
接收方收到URG报文段，立即把紧急数据交应用程序 处理，然后再处理普通数据流。 通常，紧急数据从数据区最前端开始。但有些系统只 传送1字节紧急数据，可位于数据区任意地方。
2. 强迫数据发送 应用背景： 通常，TCP为提高网络利用率，在缓冲区中 积累够一个最大报文段容量的数据后才发送。 在交互环境或实时性要求高的场合，每条命 令（甚至每个字符）希望及时传送。TCP提 供推（PUSH）操作，以强迫发送当前数据流 中的数据而不必等待缓冲区满。 应用方式： 发送方将PSH置“1”，以通知接收方尽快把 该报文段数据交应用程序。
6.9 TCP拥塞控制技术
拥塞：交换节点（如路由器）数据报负载过重的现象 。 回顾：IP层的拥塞控制技术： （ICMP源站抑制报文），是一种被动机制。 TCP拥塞控制的必要性：在TCP层，拥塞造成时延增 加，这又会造成超时重传，控制不当会进一步加重拥 塞 拥塞 时延增 超时重 加 传
控制不当 加重拥塞
6.8 RTT与重传定时器
问题：超时重传，如何设置定时器的时限？ 两个概念： ① RTT：往返时间，报文段发出到收到确认信息间 的时间段。 ② 自适应重传算法：监视每个连接的性能，由此推 算出合适的定时时限。当连接的性能变化时，随时 修改定时时限。 重传定时时限的计算方法： ① 早期的方法 ② 改进的方法 ③ Karn算法和定时器补偿

③拥塞避免算法 思想：窗口增长到临界值ssthresh后，窗 口大小每次仅增加1个MSS

超时
24 16
临界值
12
临界值
2. IP层对改善TCP性能的支持 路由器发生拥塞时，早期的策略是尾部丢弃：当队 列满时，丢弃随后到达的每一个数据报。 结果造成全局性同步：大量TCP连接只是被丢弃了 一两个报文段而进入慢启动状态 。 解决方案：RED – 随机早期丢弃 方法：设置Tmin和Tmax，通常Tmax=2Tmin ① 若队列长度<Tmin，则不丢弃。 ② 若队列长度>Tmax，则丢弃新数据报。 ③ 若队列长度在Tmin—Tmax之间，则以概率P丢 弃新报。P是动态变化的，通常正比于队列长度。
慢启动技术： 在启动新连接的传输或在拥塞之后增加通讯量时， 仅以一个报文段作为拥塞窗口的初始，而每当收 到一个确认后，将拥塞窗口大小增加1 慢启动技术使得互联网不会在拥塞清除之后或新 连接突然建立时被增加的通信量淹没。 为了避免窗口增加过快以至于导致更多的拥塞， 当拥塞窗口值到达 一定时，则进入”拥塞避免 “状态。 慢启动门限ssthresh用于确定是采用慢启动还是 拥塞避免算法来控制数据传送的界限。
3. Karn算法和定时器补偿 确认二义性：对于重传的报文段，收到确认后是 对哪一次传输的确认无法确定。 结果：RTT样本值无法使用 ； Karn算法： 思想：当超时重传发生时，不再更新RTT估计器， 忽略重传样本。 定时器补偿： 超时重传发生，加大定时时限： RT0 ← γ*RT0 （γ通常取2，即指数避退）。 对重传分组的后续分组，定时时限不变，直到获得 一个新的有效样本时再更改时限值。

TCP采用了一种主动控制机制。 1. 拥塞控制技术： ①加速递减技术 ②慢启动技术 ③拥塞避免 这三者之间是相关的。
① 通告窗口，拥塞窗口cwnd，发送窗口 拥塞窗口cwnd 是发送方根据自已估计的网络拥塞程度 而设置的窗口值，用于在发生拥塞时把数据流量限制 为小于接收方缓冲区的大小。 发送窗口 = min (接收方窗口通告，cwnd) ②加速递减技术 一旦发现丢失报文段，立即将拥塞窗口大小减半 最后减到最小值1。对保留在发送窗口中的报文段，将 重传时限加倍 。 拥塞结束后TCP如何恢复呢？
3. TCP端到端流量控制 - 窗口大小可变技术 时机：目的主机缓冲区变小而不能接收源主机更多的 数据时，就要进行流量控制。 TCP技术：可随时改变窗口大小。目的主机在确认时， 还向源主机告知目的主机接收缓冲区的大小。
…101 … 200 201 … 320 321…399 发送窗口，初 始时400 发送窗口，变 为120
第六讲 传输层控制协议TCP
要求： 1. 掌握TCP的可靠性机制：确认、重传、序号； 2. 掌握TCP的流控和提高传输效率策略：滑动窗口 机制； 3. 掌握TCP连接的建立与关闭协议：三次握手； 4. 掌握TCP的报文段格式； 5. 掌握TCP的拥塞控制技术； 6. 掌握TCP避免糊涂窗口综合症的技术； 7. 了解紧急数据发送和强迫数据发送。
6.1
概述
TCP提供的传输服务有哪些特点?
①面向数据流； ②有缓冲的传输 ③全双工连接 ④虚电路连接； ⑤无结构的数据流。
推后
TCP要实现可靠的数据流传输服务， 必须解决哪几个问题？ 1.可靠性： ①防丢失：确认与重传； ②防重复：报文段序号； 2.传输效率、流量控制：滑动窗口机制； 3.拥塞控制：加速递减与慢启动技术； 4.建立连接：三次握手协议； 5.关闭连接：改进的三次握手协议。
3. 异常时强行关闭连接 连接复位 – RST，发起端发RST报文段；双方立即停 止传输，并退出连接。
6.7 紧急数据和强迫数据发送
1. 紧急数据发送和带外数据 带外数据：源站不能按字节流的顺序而需要立即发给 接收方(普通数据流中的紧急数据)。
URG位
…… 1 ……
……
……
紧急数据 ……
数据区 紧急指针
分组流 WindowSize=8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 已发并 得到确认 已发未 得到确认 未发但 可以发 不能发送
2. TCP的滑动窗口技术
WindowSize=4000
分组流
(5) TCP连接 两端各有两 1 2 ..100 101 102 ……… 4100 4101 个窗口（发 已发并 已发未 未发但 送窗口和接 不能发送 得到确认 得到确认 可以发 收窗口） (1)数据流的各字节被编上序号。 (2) TCP的滑动窗口按字节操作而不是按报文段或分 组操作。 (3) TCP窗口大小为字节数。最大为65535字节。 (4)通信双方都设有发送和接收缓冲区（相当于发送窗 口和接收窗口）。默认大小各系统有差异，如4096、 8192、16384等。发送缓冲区大小为默认窗口大小。
6.5 TCP报文
源端口 序号 确认号
首部长度 保留 码元比特
目标端口
窗口 紧急指针 填充
校验和 选项（若有）
数据
1、报文段和序号：报文段是TCP软件间传输数据的基 本单元，每个报文段都赋予一个序号 (1) 选取初始序号 (2) 第n+1段的序号 = 第n段序号 + 第n段数据区字节 数(相当于每个字节都有一个序号，段的序号即该段第 一个字节的序号)
纯的ACK报文段不占用序 号
2.关闭连接：改进的三次握手
网点1
发送FIN seq=x
网点2
接收FIN ACK x+1
接收ACK 发送FIN seq=y ACK x+1
接收FIN +ACK 发送ACK y+1
接收ACK
说明： ① FIN报文段占用一 个 序 号 ； 单 纯 的 ACK 报文段不占用序号。 ② TCP提 供 了半 关闭 能力：连接的一端在结 束它的发送后还能接收 来自另一端数据。