TCP协议(上)

概述 RFCs-793, 1122, 1323, 2018, 2581

TCP特点

• 点对点连接
  • 一个发送方,一个接收方
• 可靠的,按序的字节流
  • TCP拥塞控制和流量控制机制
  • 设置窗口尺寸
• 发送方/接收方缓存

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• 全双工(full-duplex)
  • 同一连接中能够传输双向数据流
• 面向连接
  • 通信双方在发送数据之前必须建立连接
  • 连接状态只在连接两端中维护,在沿途节点中并不维护状态
  • TCP连接包括:两台主机上的缓存,连接状态量,socket等
• 流量控制机制

TCP段结构

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TCP的序列号和ACK

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• 序列号:
  • 序列号指的是segment中第一个字节的编号， 而不是segment的编号
  • 建立TCP连接时，双方随机选择序列号
• ACKs:
  • 希望接收到的下一个字节的序列号
  • 累计确认：该序列号之前的所有字节均已被正 确接收到
• Q: 接收方如何处理乱序到达的Segment ？
• A: TCP规范中没有规定，由TCP的实现者做出 决策

TCP可靠数据传输

概述

• TCP在IP层提供的不可靠服务基础上实现了可靠数据传输服务
• 流水线机制
• 累计确认
• TCP使用单一重重传定时器
• 触发重传的事件
  • 超时
  • 收到重复ACK
• 渐进式
  • 暂不考虑重复ACK
  • 暂不考虑流量控制
  • 暂不控制拥塞控制

RTT和超时

question 1 : 如何设置定时器的超时时间?

• 大于RTT
  • RTT是变化的
• 过短
  • 不必要的重传
• 过长
  • 对段丢失时间反应慢

question 2 : 如何估计RTT?

• SampleRTT: 测量从段发出去到收到ACK的时间
  • 忽略重传
• SampleRTT变化
  • 测量多个SampleRTT,求均值,形成RTT的估计值EstimatedRTT

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answer 1 : 定时器超时时间的设置

• EstimatedRTT+"安全边界"
• EstimatedRTT变化->较大的边界

SampleRTT与EstimatedRTT的差值

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定时器超时时间的设置

• TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4 * DevRTT

TCP发送方事件

• 从应用层到数据
  • 创建Segment
  • 序列号是Segment第一个字节的编号
  • 开启计时器
  • 设置超时时间 : TimeInterval
• 超时
  • 重传引起超时的Segment
  • 重启定时器
• 收到ACK
  • 若确认此前未确认的Segment
    • 更新SendBase
    • 如果窗口中还有未确认的分组,重新启动定时器

TCP发送端程序

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重传过程

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ACK生成 : RFC 1122,RFC 2581

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快速重传机制

• TCP的实现过程,如果发生超时,超时时间间隔将重新设置,即将超时时间间隔加倍,导致其很大
  • 重发丢失的分组之前要等待很长时间
• 通过重复ACK检测分组丢失
  • Sender会背靠背地发送多个分组
  • 如果某个分组丢失.可能会引发多个重复的ACK
• 如果sender收到对同一数据的3个ACK,假定该数据之后的段已经丢失
  • 快速重传 : 在定时器超时之前即进行重传
• 快速重传算法

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TCP连接管理

• TCP sender和receiver在传输数据之前需要建立连接
• 初始化TCP变量
  • Seq.#
  • Buffer和流量控制信息
• Client : 连接发起者
  • Socket clientSocket = new Socket("hostname","port number");
• Server : 等待客户连接请求
  • Socket connectionSocket = welcomeSocket.accpet();

建立连接

• 三次握手(Three way handshake)
  • step 1 : client host sends TCP SYN segment to server
    • specifies initial seq #
    • no data
  • step 2 : server host receive SYN, replies with SYNACK segment
    • server allocates buffers
    • specifies server initial seq.#
  • step 3 : client receives SYNACK,replies with ACK segment,whitch may contain data

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关闭连接 (Closing a connection)

client closes socket : clientSocket.close();

• 四次挥手
• step 1 : client 向server发送 TCP FIN 控制 segment
• step 2 : server 收到 FIN,回复ACK,关闭连接,发送FIN
• step 3 : client 收到FIN 回复ACK
  • 进入"等待"-如果收到FIN,会重新发送ACK
• step 4 : server收到ACK,连接关闭

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TCP协议客户端与服务端连接生命周期

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TCP拥塞控制

未完待续…