运输层6——TCP可靠传输的实现

写在前面：本文章是针对《计算机网络第七版》的学习笔记

运输层1——运输层协议概述

运输层2——用户数据报协议UDP

运输层3——传输控制协议TCP概述

运输层4——TCP可靠运输的工作原理

运输层5——TCP报文段的首部格式

运输层6——TCP可靠传输的实现

运输层7——TCP的流量控制和拥塞控制

运输层8——TCP运输连接管理

首先为了方便解释，先假定数据传输只在一个方向上进行。

目录

• 窗口和缓存的关系

• 假定A收到了B发来的确认报文段，其中窗口为20字节，确认号是31。如上图所示，A构造出了字节的发送窗口，窗口内是允许发送的序号。

• 假定A发送了31-41的数据，这时窗口位置未发生改变，但是窗口内前11个字节表示已经发送但是未收到确认，而后面9个字节表示允许发送但尚未发送。

  从以上所述，要描述一个窗口需要3个指针：P1，P2，P3：

  • 小于P1，发送结束且已经被确认；

  • 大于P3，不允许发送；

  • P3-P1，窗口的大小；

  • P2-P1，已发送但未确认；

  • P3-P2，允许发送但未发送

• B的接收窗口是20。在接收窗口外面，到30字节的数据已经接收到，并且交付给主机了，因此不必保留。31-50是允许接收的。B收到了32、33，但是没有收到31，数据没有按序到达。因为B只能对按序到达的最高序号给出确认，因此B发送的确认号依然是31.

• 现在假定B收到了31，并把31-33交付给给主机，接着把接收窗口向前移动3个字节，并且向A发送确认，同时窗口值仍然为20字节，但确认号34。未按序到达的37、38、40先暂存在接收窗口中。

• A接收到B的确认后，把发送窗口向前滑动3个序号，指针p2不动。但是A的窗口增大了，可发送的序号42-53。

• A继续发送序号42-53的数据，指针P2向前移动和P3重合。发送窗口内的序号已经用完，但是还没有再收到确认。若A在规定时间内没有收到B的确认，A就重传这部分数据，如果收到的确认号在窗口内，则继续向前移动窗口并发送数据。

窗口和缓存的关系

发送方的应用程序把字节流写入TCP的发送缓存，接收方的应用进程从TCP的接收缓存中读取字节流。下图表示了发送应用程序以及接收应用程序中窗口与缓存的关系。

需要指出的是：

• 缓存空间和序号空间是有限的，并且都是循环使用。

• 实际的缓存和窗口非常大。

发送缓存：

• 发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据；

• TCP已发送，但尚未确认的数据。

接收缓存：

• 按序到达，但未被接收程序读取的数据；

• 未按序到达的数据。

此外，还需要注意：

• 虽然A的发送窗口值是根据B的接收窗口值设定的，但是同一时刻，发送窗口大小和接收窗口大小并不总是相等的；

• 对于不按序到达的数据如何处理，TCP并无明确规定；

• TCP要求接收方必须有累积确认的能力，这样可以减少传输开销。

最后，TCP是全双工通信，每一方都有发送窗口和接收窗口。

2. 超时重传时间的选择

如果超时重传时间设置的太短，就会引起很多段报文的不必要重传，是网络负荷增大。但若把超时重传时间设置得过长，又使网络的空闲时间增大，降低了传输效率。

TCP采用一种自适应算法，它记录一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认的时间。这里有两个概念：

• 报文段的往返时间：RTT

• 加权平均往返时间：RTTs，又称平滑的往返时间

其中：

     新的RTTs = （1-a）*旧的RTTs + a*新的RTT

a的推荐值为0.125。

显然，超时计时器设置的超时重传时间RTO应该略大于RTTs。RTO可以根据下式计算：

     RTO = RTTs + 4 * RTTD

RTTD是RTT的偏差的加权平均值，它与RTTs和新的RTT样本之差有关。当第一次测量时，RTTD取为测量到的RTT值的一半，往后计算中：

     新的RTTD = （1-b）* 旧的RTTD + b * |RTTs - 新的RTT样本|

b的推荐值为0.25。