计算机网络与通信(第8章)

8.4.4 TCP重传机制

改进的算法： 不使用固定的β，引入了实测值和估计值偏差的平滑 值d(k)： d(k) =γ×d(k－1) +（1－γ）×| rtt(k) － srtt(k) rto(k) = srtt(k) + 4 d(k)

实际使用算法：
srtt(k) = srtt(k－1) + 0.125(rtt(k)－srtt(k－1))
三次握手的报文序列
8.4.3 TCP连接管理

是否可以用两次握手？可能产生错误。
三次握手清除延迟的连接请求

建立连接的过程中，可以完成的工作：

使每一方都确知对方存在，对方已准备就绪； 双方确商定了初始传输序号 ; 双方还可以协商，窗口大小， MSS和窗口比例因子等 。
8.4.3 TCP连接管理
d(k) = d(k－1) + 0.25（| rtt(k)－srtt(k) |－d(k－1)） rto(k) = srtt(k) + 4 d(k)
8.4.4 TCP重传机制

Karn算法

确认的二义性

计算往返时间估计值时，忽略重传报文段的样本，但 当出现超时重传时，使用定时器补偿策略： rto(k) =δ×rto(k－1) （δ=2）
UDP计算校验和使用的，校验和计算之后就丢弃 ，为了验 证用户数据报是否传到正确的目的地址。

UDP的特点

可靠性差 效率高 适合传输实时数据
UDP伪报头格式
源站IP地址 目的站IP地址 31
0
填充域（全0）
协议
UDP长度
8.4 传输控制协议TCP
8.4.1 TCP的编号与确认

数据流、报文段和编号


8.1 概述

传输层基于端口机制为源和目的应用进程之间提供了端到 端的逻辑通信。
8.2 传输层端口

协议端口(protocol port)， TCP/UDP通过端口与 上层的应用进程交互，端口标识了应用层中不同 的进程。 端口号(port number) ，16比特，可提供65 536 个端口。
8.4.3 TCP连接管理

建立TCP连接
TCP连接有如下特点：

两端点之间点对点的连接 。 全双工连接 。
采用C/S模式 。
连接的端点是用IP地址和端口号二元组来标识，一个 连接则用一个四元组标识。 TCP使用三次握手（three-way handshake）的方式建 立连接。

8.4.3 TCP连接管理

关闭TCP连接

复位TCP连接
异常情况突然地关闭连接，发出一个报文段，其码元字段的RST=1。
8.4.4 TCP重传机制

自适应重传机制
Internet环境中，传输层数据报往返时间的变化很大。TCP 采用自适应重传机制
数据链路层和TCP往返时间的概率密度
8.4.4 TCP重传机制

往返时间估计与超时重传机制


保留端口：全局方式进行统一分配并公布于众， 又称为周知端口(well-known port)。分配给服务 器进程，每一种标准的服务器都分配有一个周知 端口号。号码为0~1023，由ICANN管理。
8.2 传输层端口

自由端口：本地方式进行分配，用户可自由使用。 号码为1024及以上。 通信端点的二元组描述： TCP连接的四元组描述：
第8章 传输控制

8.1 概述 8.2 传输层端口 8.3 用户数据报协议UDP 8.4 传输控制协议TCP
8.1 概述

传输层为用户的应用进程提供了传输控制服务，提供一条 端到端(end to end)的逻辑通道，它连接源站和目的站的两 个传输层实体，不涉及路径中间的路由器，传输层协议对 这条逻辑信道进行数据传输过程的控制，把传输数据交给 目的应用进程。 传输层的另一个重要目的是要加强数据传输的QoS，在不 可靠的IP服务基础上，提高传输的可靠性。这主要体现在 传输控制协议TCP上。 面向连接，流量控制，拥塞控制和 差错控制。 UDP是非连接，不能提供可靠的传输服务，但较之TCP, 简 便快捷，服务效率高。

（主机IP地址, 端口号）

（源主机IP地址, 源端口号；目的主机IP地址, 目的端 口号）

端口机制提供了复用(multiplexing)和解复用 (demultiplexing)的功能。
8.3 用户数据报协议

UDP用户数据报
UDP报文封装
UDP报文格式
8.3 用户数据报协议

UDP伪报头(pseudo header) ：

时间戳选项
负确认选项 可以用于选择重传ARQ。
8.4.2 TCP报文段
TCP选项格式
最大报文段长度选项： 类=2（1） 长度=4（1） 最大报文段长度（2）
窗口比例因子选项： 类=3（1） 时间戳选项 ： 类=8（1）长度=10（1）时间戳（4） 负确认选项 ： 类=A（1） 长度=7（1） 序号（4） 未收到段数（1） 时间戳回送（4） 长度=3（1） 移位数（1）

TCP Reno版本
采用了快速重传和快速恢复算法，在建立连接和超时重传时则使用慢启 动和拥塞避免。
8.4.6 TCP拥塞控制
TCP Reno拥塞控制策略示例
8.4.1 TCP的编号与确认

TCP确认机制

累计确认(cumulative acknowledgement)方式 ，延迟 确认算法（delayed ACK algorithm），延迟时间不能 超过500ms。 数据捎带确认（piggybacking ACK）。
TCP收到了失序（out of order）的报文段，即接收的 数据流出现了间断，就立即发出一个对期望接收序号 的确认 。
间达到MSS或缓冲区总空间的一半之后，才更新窗口的大小。 延迟确认 ：


发送方应对SWS的策略: Nagle算法：
① 当应用程序产生一个第一块数据块时，TCP会立即发送出去，即使 只有一个字节。 ② 发送端TCP在输出缓存中积累数据，并等待下列事件之一发生，触 发一次新的发送：

收到接收端发送的一个确认; 数据已积累到一个MSS。
8.4.5 TCP流量控制
TCP可变窗口流量控制示例
8.4.5 TCP流量控制

糊涂窗口综合症SWS及其对策
发方或收方的应用程序工作速度很慢时，TCP会出现短报 文段传输的问题，影响了网络的传输效率。
接收应用程序工作慢引起的SWS
8.4.5 TCP流量控制

接收方应对SWS的策略有两种：

Clark方法：接收缓冲区满之后，发出零窗口通知，缓冲区可用空
8.4.6 TCP拥塞控制

拥塞窗口（congestion window） 发送窗口： swnd = Min（cwnd，rwnd） 慢启动门限（slow start threshold） 当cwnd﹤ssthresh, 使用慢启动策略；


当cwnd﹥ssthresh, 使用拥塞避免策略； 当cwnd = ssthresh, 即可使用慢启动策略也可使用 拥塞避免策略。
8.4.5 TCP流量控制

可变窗口流量控制


可变滑动窗口机制：确认报文中的窗口字段，反映了收方 当前可用接收缓冲区的大小，发方对发送窗口的大小在向 前滑动时进行调节，使之等于收方反馈的窗口大小，从而 调节了发送数据的流量，适应了收方的接收能力。 零窗口（zero window） 坚持定时器（persistence timer）

8.4.2 TCP报文段

TCP报文段的格式
8.4.2 TCP报文段

TCP报文段选项

最大报文段长度选项 建立TCP连接时，双方的TCP使用选项字段协商MSS. 在互联网环境中，选择合适的MSS是很困难的。 TCP使用如下简单方法选择MSS：取建立连接时双方 声明的MSS的较小者；如果一方没有声明，MSS取默
③ 以后的传输，重复步骤②。源自8.4.6 TCP拥塞控制


TCP/IP拥塞控制最根本的措施是源抑制(source quench)。 为了避免和控制拥塞，TCP推荐使用以下技术： 慢启动（slow start）; 拥塞避免（congestion avoidance）; 快速重传（fast retransmission）; 快速恢复（fast recovery） TCP的拥塞控制机制是闭环控制，可以有以下途径发现拥 塞： 报文段的重传定时器到时; 收到ICMP的源抑制报文。
8.4.6 TCP拥塞控制
慢启动和拥塞避免拥塞控制策略示例
8.4.6 TCP拥塞控制

慢启动
每出现一次拥塞，拥塞窗口都要降到1 MSS的起点。

拥塞避免
当拥塞窗口增大到慢启动门限值之后，将其增长速率由指数增长变为加 性增长，以避免再次出现拥塞。

快速重传和快速恢复
当收到第3个重复的确认时，就认为报文丢失，发生了拥塞，因此重传报文段， 而不必等到重传定时器到时，故称快速重传。下面取消慢启动而执行快速恢复， 并不把cwnd降到1，而是原来的一半。
认值536字节。
8.4.2 TCP报文段

窗口比例因子选项 窗口比例因子选项，扩大窗口的数值，双方在建立连 接时商定。 16比特的窗口字段 ，限制TCP最多只能在RTT时间内 发送64KB的数据 。 窗口比例因子表示原来16位的窗口值向左移位的次数， 扩展后的窗口可达230 = 16384×64KB。




TCP提供流（stream）传输机制，即数据流，无结构的 字节序列。每次传输，把数据流划分为报文段 (segment)。 TCP对数据流按字节编上序号，序号的空间 ，32比特， 以便使序号循环一周的时间足够长。 最大报文段生存时间，120s，MSL不应大于IP数据报的 TTL（ 120秒）。 序号循环一周的时间应大于MSL，防止序号回绕。产生 相同序号有以下两种情况： 不同的TCP连接出现相同的初始序号； 同一TCP连接中出现相同序号。