TCP 协议如何保证可靠传输

一、综述

1、确认和重传:接收方收到报文就会确认,发送方发送一段时间后没有收到确认就重传。

2、数据校验

3、数据合理分片和排序:

  UDP:IP数据报大于1500字节,大于MTU.这个时候发送方IP层就需要分片(fragmentation).把数据报分成若干片,使每一片都小于MTU.而接收方IP层则需要进行数据报的重组.这样就会多做许多事情,而更严重的是,由于UDP的特性,当某一片数据传送中丢失时,接收方便无法重组数据报.将导致丢弃整个UDP数据报.

  tcp会按MTU合理分片,接收方会缓存未按序到达的数据,重新排序后再交给应用层。

4、流量控制:当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。

5、拥塞控制:当网络拥塞时,减少数据的发送。

 

二、滑动窗口

  上面笼统地说了tcp保证可靠传输的机制,下面说说如何用滑动窗口来实现。

为什么要使用滑动窗口

       因为发送端希望在收到确认前,继续发送其它报文段。比如说在收到0号报文的确认前还发出了1-3号的报文,这样提高了信道的利用率。但可以想想,0-4发出去后可能要重传,所以需要一个缓冲区维护这些报文,所以就有了窗口。

      

  RTT:往返时间。

窗口是什么

接收窗口:

   

  “接收窗口”大小取决于应用(比如说tomcat:8080端口的监听进程)、系统、硬件的限制。图中,接收窗口是31~50,大小为20。

  在接收窗口中,黑色的表示已收到的数据,白色的表示未收到的数据。

  当收到窗口左边的数据,如27,则丢弃,因为这部分已经交付给主机;

  当收到窗口左边的数据,如52,则丢弃,因为还没轮到它;

  当收到已收到的窗口中的数据,如32,丢弃;

  当收到未收到的窗口中的数据,如35,缓存在窗口中。

发送窗口:

      

  发送窗口的大小swnd=min(rwnd,cwnd)。rwnd是接收窗口,cwnd用于拥塞控制,暂时可以理解为swnd= rwnd =20。

  图中分为四个区段,其中P1到P3是发送窗口。

  tips:发送窗口以字节为单位。为了方便画图,图中展示得像以报文为单位一样。但这不影响理解。

      

三、重传和确认

什么时候发确认:这是一个复杂的策略。我们这里先简单地认为每收到一个报文就发一个确认。

怎么确认(累计确认)

  情况1:发送ack=31(为什么这个也要发,这个确认可以用于后面的拥塞控制)

      

  情况2:发送ack=34,并把接收窗口左边缘设置成34,右边缘设置成53

   

  累计确认的好处:情况1中ack=31比描述收到32和33简单;坏处:可能要重传已经接收的数据。

发送方收到确认时怎么处理

   

  情况1:收到ack=31,什么都不做,或者说继续发送可用窗口中的内容,如42~50

  情况2:收到ack=34,发送窗口窗口的左边缘设置成34,右边缘设置成53

什么时候重传:因为每个报文都有超时计数器,超时才重传。超时重传时间的选择也是一个策略。

      

tcp缓存和窗口的关系:窗口是缓存的一部分。

发送缓存=发送窗口+ P3右边的一部分

接收缓存=接收窗口+部分已确认但主机还没处理完的数据。

 

四、流量控制

一图流,简单来说就是接收方处理不过来的时候,就把窗口缩小,并把窗口值告诉发送端。

  

当窗口值为0,而接受方把窗口值恢复(比如ACK=1,ack=601,rwnd=200),但确认丢失,进入相互等待的死锁局面。所以如果窗口值为0,发送端就会开启一个持续计数器,每个一段时间询问一下接收方。

 

五、拥塞控制

swnd=min(rwnd,cwnd),cwnd就是拥塞窗口大小。

慢开始和拥塞避免

 

ssthresh:处理拥塞时参照的一个参数。例子中初始值为16,后来变为12。

当cwnd> ssthresh,cwnd以慢开始的方法指数增长;

当cwnd< ssthresh,cwnd以拥塞避免的方法线性增长。

值得注意的几个点

1上图是cwnd随传输轮次的变化,每过一个RTT就算一轮。

2超时就可以认为是拥塞了

 

快重传和快恢复:上一个算法的加强版

 

快重传:收到3个同样的确认就立刻重传,不等到超时;

快恢复:cwnd不是从1重新开始。

  

posted @ 2016-05-08 19:12 浅井光一 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏