网络协议分析与编程-07_传输控制协议TCP

第7章传输控制协议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。

7.1 概述

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。

可靠传输服务有哪些特点?

①面向数据流；

②虚电路连接；

③有缓冲的传输；

④无结构的数据流；

⑤全双工连接。

7.2 提供可靠性

①接收方收到

数据接收方

两个问题:

定时器时限设置多长？

2. 防重复–可捎带的累计确认技术

①为每一分组赋予序号。

②确认时也指明确认哪个分组。

③序号同时保证了分组间的正确顺序。

3. 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：

①RTT：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

③Karn算法和定时器补偿

（1）早期的方法

R：RTT的估计值

M：本次测量的RTT值

RT0：定时时限

修改估计值:R ←αR + （1-α）M

（0≤α<1，通常取α=0.9）

计算时限:RT0 = βR

（β早期取2，后改为4）

缺陷:在RTT变化较大的场合，说明网络某处处于拥塞状态，但上述方法对此反映不敏感，从而造成不必要的重传，进一步加重网络负担。

（2）改进的方法

R：

M：本次测量的RTT值

RT0：定时时限

Diff：差值

Dev ：平均偏差的估计值

Diff ←M -R

R ←R + δ*Diff

Dev ←Dev +ρ*(|Diff| -Dev) （Dev RT0 ←R +η*Dev

δ、ρ在0—1之间，通常取：

δ= 1/23，ρ= 1/22，η= 22

（3）Karn算法和定时器补偿

确认二义性：

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

忽略重传样本。

定时器补偿：

超时重传发生，加大定时时限：

（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。

7.3 传输效率和流量控制-滑动窗口机制1.一般的滑动窗口机制

的确认未到时，则暂停发送。

不能发送

3. TCP端到端流量控制-窗口大小可变技术

时机：

发送窗口，初

7.4 糊涂窗口综合症SWS

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

（2）推迟确认（最多500ms），

SWS策略所需的尺寸时，不确认。

为了使发送方正确估计RTT，至少每隔一个报文段要进行正常的确认。

发送方：

Nagle算法:

（2）当缓冲区中数据不足一个报文段，则推迟发送。等到一个确认来到（确认触发）时，发送缓冲区中的小报文段。

问题：可能出现死锁吗？

确认丢失。

3.说明

①Nagle算法的两个优点：

自适应：确认到达得越快，数据也就发送得越快；

计算简单：不需要定时器。

②可关闭Nagle算法，应用程序接口一般提供选项TCP-NODELAY来关闭Nagle算法。

7.5 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

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。

TCP采用了一种主动控制机制。

7.6 TCP报文

紧急指针

首部长度：

序号：

确认号：希望接收的对方下一报文段序号

到的数据字节序+1)

说明：

(1)序号和确认序号在一起使得确认可捎带进行。

(2)TCP采用累计确认策略。

问题：采用累计确认，确认丢失不一迫使发送方重传，为什么？

(3) TCP采用经受时延的确认（时延一般为

缺点：发送方无法收到所有成功传输的报文段的确认信息，对往返时间样本的精确测量带来影响。