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目錄
一.運(yùn)輸層的兩個(gè)主要協(xié)議：TCP 與 UDP
1.TCP/IP 的運(yùn)輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：
2.端口號(hào)(protocol port number)
（1）軟件端口與硬件端口
（2）TCP 的端口
（3）三類端口
二.用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP
1.UDP介紹
2.UDP 的主要特點(diǎn)
3.面向報(bào)文的 UDP——一次發(fā)送整個(gè)報(bào)文
4.UDP 的首部格式
計(jì)算 UDP 檢驗(yàn)和的例子
二.傳輸控制協(xié)議 TCP
1.TCP 最主要的特點(diǎn)
TCP 面向流的圖像
2.TCP 傳輸特點(diǎn)
3.TCP 的連接
套接字 (socket)
4.TCP 報(bào)文段的首部格式
三.可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?/p>
1.停止等待協(xié)議
2.確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到
3.可靠通信的實(shí)現(xiàn)
4.停止等待協(xié)議的信道利用率
5.流水線傳輸
四.傳輸協(xié)議
連續(xù) ARQ 協(xié)議
3.累積確認(rèn)
4.Go-back-N（回退 N）
5.SR（selective Repeat Protocol）
五.TCP的流量控制
1.加權(quán)平均往返時(shí)間
2.超時(shí)重傳時(shí)間 RTO (RetransmissionTime-Out)
Karn 算法
3.利用滑動(dòng)窗口實(shí)現(xiàn)流量控制
4.持續(xù)計(jì)時(shí)器 (persistence timer)。
5.必須考慮傳輸效率
六.TCP的擁塞控制
1.擁塞控制的一般原理
2.擁塞控制與流量控制的關(guān)系
3.開環(huán)控制和閉環(huán)控制
4.幾種擁塞控制方法
1.慢開始和擁塞避免
（1）?慢開始和擁塞避免
（2）慢開始算法的原理
（3）慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例
2.快重傳和快恢復(fù)
快重傳舉例
七.TCP 的運(yùn)輸連接管理
1. 運(yùn)輸連接的三個(gè)階段
2.用三次握手建立 TCP 連接
3.四次揮手——TCP 的連接釋放
從通信和信息處理的角度看，運(yùn)輸層向它上面的應(yīng)用層提供通信服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，同時(shí)也是用戶功能中的最低層。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣部分中的兩個(gè)主機(jī)使用網(wǎng)絡(luò)的核心部分的功能進(jìn)行端到端的通信時(shí)，只有位于網(wǎng)絡(luò)邊緣部分的主機(jī)的協(xié)議棧才有運(yùn)輸層，而網(wǎng)絡(luò)核心部分中的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)都只用到下三層的功能
運(yùn)輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信
應(yīng)用進(jìn)程之間的通信
- 兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信實(shí)際上就是兩個(gè)主機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)程互相通信。
- 應(yīng)用進(jìn)程之間的通信又稱為端到端的通信。
- 運(yùn)輸層的一個(gè)很重要的功能就是復(fù)用和分用。應(yīng)用層不同進(jìn)程的報(bào)文通過不同的端口向下交到運(yùn)輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)。
- “運(yùn)輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信” 。 “邏輯通信”的意思是：運(yùn)輸層之間的通信好像是沿水平方向傳送數(shù)據(jù)。但事實(shí)上這兩個(gè)運(yùn)輸層之間并沒有一條水平方向的物理連接
2.兩種不同的運(yùn)輸協(xié)議
- 運(yùn)輸層向高層用戶屏蔽了下面網(wǎng)絡(luò)核心的細(xì)節(jié)（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、所采用的路由選擇協(xié)議等），它使應(yīng)用進(jìn)程看見的就是好像在兩個(gè)運(yùn)輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。
- 當(dāng)運(yùn)輸層采用面向連接的 TCP 協(xié)議時(shí)，盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的（只提供盡最大努力服務(wù)），但這種邏輯通信信道就相當(dāng)于一條全雙工的可靠信道。即：秘書（網(wǎng)絡(luò)層）雖然是不可靠的，但是老板（運(yùn)輸層）是可靠的，秘書上交數(shù)據(jù)時(shí)漏了或者錯(cuò)了，老板（運(yùn)輸層）會(huì)親自檢查并要求秘書（網(wǎng)絡(luò)層）重發(fā)
- 當(dāng)運(yùn)輸層采用無連接的 UDP 協(xié)議時(shí)，這種邏輯通信信道是一條不可靠信道。
一.運(yùn)輸層的兩個(gè)主要協(xié)議：TCP 與 UDP
1.TCP/IP 的運(yùn)輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：
兩個(gè)對(duì)等運(yùn)輸實(shí)體在通信時(shí)傳送的數(shù)據(jù)單位叫作 運(yùn)輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元 TPDU (Transport Protocol
Data Unit)。
（1）? ? ? ? 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP (User Datagram Protocol)
UDP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議PDU是 UDP 報(bào)文或用戶數(shù)據(jù)報(bào)。
UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對(duì)方的運(yùn)輸層在收到 UDP 報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)。雖然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情況下 UDP 是一種最有效的工作方式。
（2）? ? ? ? 傳輸控制協(xié)議 TCP (Transmission Control Protocol)
TCP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議PDU是 TCP 報(bào)文段 (segment)
TCP 則提供面向連接的服務(wù)。TCP 不提供廣播或多播服務(wù)。由于 TCP 要提供可靠的、面向連接的運(yùn)輸服務(wù)，因此不可避免地增加了許多的開銷。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的處理機(jī)資源。
還要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)
- 運(yùn)輸層的UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)與網(wǎng)際層的IP數(shù)據(jù)報(bào)有很大區(qū)別。IP數(shù)據(jù)報(bào)要經(jīng)過互連網(wǎng)中許多路由器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，但UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)是在運(yùn)輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。
- TCP 報(bào)文段是在運(yùn)輸層抽象的端到端邏輯信道中傳送，這種信道是可靠的全雙工信道。但這樣的信道卻不知道究竟經(jīng)過了哪些路由器，而這些路由器也根本不知道上面的運(yùn)輸層是否建立了 TCP 連接。
2.端口號(hào)(protocol port number)
端口號(hào)簡稱為端口(port)。解決這個(gè)問題的方法就是在運(yùn)輸層使用協(xié)議端口號(hào)(protocol port number)，或通常簡稱為端口(port)。
（1）軟件端口與硬件端口
在協(xié)議棧層間的抽象的協(xié)議端口是軟件端口（常用的）。
路由器或交換機(jī)上的端口是硬件端口（叫做接口）。
硬件端口是不同硬件設(shè)備進(jìn)行交互的接口，而軟件端口是應(yīng)用層的各種協(xié)議進(jìn)程與運(yùn)輸實(shí)體進(jìn)行層間交互的一種地址。
（2）TCP 的端口
端口用一個(gè) 16 位端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)志。
端口號(hào)只具有本地意義，即端口號(hào)只是為了標(biāo)志本計(jì)算機(jī)應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計(jì)算機(jī)的相同端口號(hào)是沒有聯(lián)系的。
（3）三類端口
- （需要背，記住）熟知端口，數(shù)值一般為 0~1023。
- 登記端口號(hào)，數(shù)值為1024~49151，為沒有熟知端口號(hào)的應(yīng)用程序使用的。使用這個(gè)范圍的端口號(hào)必須在 IANA 登記，以防止重復(fù)。
- 客戶端口號(hào)或短暫端口號(hào)，數(shù)值為49152~65535，留給客戶進(jìn)程選擇暫時(shí)使用。當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程收到客戶進(jìn)程的報(bào)文時(shí)，就知道了客戶進(jìn)程所使用的動(dòng)態(tài)端口號(hào)。通信結(jié)束后，這個(gè)端口號(hào)可供其他客戶進(jìn)程以后使用。
二.用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP
1.UDP介紹
- IP也是不可靠協(xié)議。UDP 只在 IP 的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)之上增加了很少一點(diǎn)的功能，即端口的功能和差錯(cuò)檢測的功能。
- 雖然 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。例如UDP沒有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。這對(duì)某些實(shí)時(shí)應(yīng)用是很重要的。很多的實(shí)時(shí)應(yīng)用(如IP電話、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等)要求源主機(jī)以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且允許在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)丟失一些數(shù)據(jù)，但卻不允許數(shù)據(jù)有太大的時(shí)延
IDP正好適合這種要求（實(shí)時(shí)交互——直播，直播時(shí)不用因?yàn)榈舭貍?#xff0c;即直播可以卡，不用重新播） - IP是路由器到路由器，而UDP是實(shí)現(xiàn)端到端
- 差錯(cuò)檢測的差異：IP數(shù)據(jù)報(bào)校驗(yàn)和是檢測IP頭部而不檢查數(shù)據(jù)部分，UDP/TCP校驗(yàn)和是檢測IP頭部和數(shù)據(jù)部分，
2.UDP 的主要特點(diǎn)
- UDP 是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。
- UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時(shí)也不使用擁塞控制。
- UDP 是面向報(bào)文的。
- 復(fù)用UDP 沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的要求。
- UDP 支持一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信。
- UDP 的首部開銷小，只有 8 個(gè)字節(jié)。
3.面向報(bào)文的 UDP——一次發(fā)送整個(gè)報(bào)文
- 發(fā)送方 UDP 對(duì)應(yīng)用程序交下來的報(bào)文，在添加首部后就向下交付 IP 層。UDP 對(duì)應(yīng)用層交下來的報(bào)文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報(bào)文的邊界。
- 應(yīng)用層交給 UDP 多長的報(bào)文，UDP 就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個(gè)報(bào)文。
- 接收方 UDP 對(duì) IP 層交上來的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)，在去除首部后就原封不動(dòng)地交付上層的應(yīng)用進(jìn)程，一次交付一個(gè)完整的報(bào)文。
- 應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文。
4.UDP 的首部格式
偽首部：傳輸過程中沒有，校驗(yàn)時(shí)才有
偽首部作用：偽首部中有源IP地址，目的IP地址等，這樣既檢查了UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的源端口號(hào)和目的端口號(hào)以及UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分，又檢查了IP數(shù)據(jù)報(bào)的源IP地址和目的地址。
計(jì)算 UDP 檢驗(yàn)和的例子
二.傳輸控制協(xié)議 TCP
1.TCP 最主要的特點(diǎn)
- TCP 是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議。
- 每一條 TCP 連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)(endpoint)，每一條 TCP 連接只能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的（一對(duì)一）。
- TCP 提供可靠交付的服務(wù)。
- TCP 提供全雙工通信。
- 面向字節(jié)流
TCP 面向流的圖像
2.TCP 傳輸特點(diǎn)
- TCP 連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。
- TCP 對(duì)應(yīng)用進(jìn)程一次把多長的報(bào)文發(fā)送到TCP 的緩存中是不關(guān)心的。
- TCP 根據(jù)對(duì)方給出的窗口值rwnd和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度cwnd來決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)，即報(bào)文段字節(jié)數(shù)<min(rwnd,cwnd)（UDP 發(fā)送的報(bào)文長度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。
- TCP 可把太長的數(shù)據(jù)塊劃分短一些再傳送。TCP也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報(bào)文段發(fā)送出去。
例如窗口值=4，滑塊內(nèi)14,15,16,17為正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，只有當(dāng)14傳到接受緩沖區(qū)后，滑塊才會(huì)后移，這是正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為15,16,17,18了
3.TCP 的連接
- TCP 把連接作為最基本的抽象。
- 每一條 TCP 連接有兩個(gè)端點(diǎn)。
- TCP 連接的端點(diǎn)不是主機(jī)，不是主機(jī)的IP 地址，不是應(yīng)用進(jìn)程，也不是運(yùn)輸層的協(xié)議端口。TCP 連接的端點(diǎn)叫做套接字(socket)或插口。
- 端口號(hào)拼接到(contatenated with) IP 地址即構(gòu)成了套接字。
套接字 (socket)
每一條 TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個(gè)端點(diǎn)（即兩個(gè)套接字）所確定。即：
4.TCP 報(bào)文段的首部格式
源端口和目的端口字段 —— 各占 2 字節(jié)。端口是運(yùn)輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。運(yùn)輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實(shí)現(xiàn)。
序號(hào)字段 —— 占 4 字節(jié)。代表第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。詳細(xì)解釋：TCP 連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都編上一個(gè)序號(hào)。序號(hào)字段的值則指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。
確認(rèn)號(hào)字段 —— 占 4 字節(jié)，是期望收到對(duì)方的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。例如確認(rèn)號(hào)=20，兩層含義：前19個(gè)數(shù)據(jù)收到了。期望收到第20個(gè)數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)偏移（即首部長度） —— 占 4 位，它指出 TCP 報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)。 “數(shù)據(jù)偏移”的單位是 32 位字（以 4 字節(jié)為計(jì)算單位）。
保留字段 —— 占 6 位，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為 0 。
緊急 URG —— 當(dāng) URG =1 時(shí)，表明緊急指針字段有效，即URG =1 時(shí)才去看“緊急指針”這段內(nèi)容。它告訴系統(tǒng)此報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送( 相當(dāng)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù) ) 。
確認(rèn) ACK —— 只有當(dāng) ACK = 1 時(shí)，確認(rèn)號(hào)字段才有效， 即ACK = 1時(shí)才去看“確認(rèn)號(hào)針”這段內(nèi)容。。當(dāng) ACK = 0 時(shí)，確認(rèn)號(hào)無效。
推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的報(bào)文段，就盡快地交付接收應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到整個(gè)緩存都填滿了后再向上交付。
復(fù)位 RST (ReSeT) —— 當(dāng) RST = 1 時(shí)，表明 TCP 連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)（如由于主機(jī)崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運(yùn)輸連接。
同步 SYN —— 同步 SYN = 1 表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接受報(bào)文。
終止 FIN (FINis) —— 用來釋放一個(gè)連接。 FIN = 1表明此報(bào)文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接，即斷開連接。
窗口字段 —— 占 2 字節(jié)，用來讓對(duì)方設(shè)置發(fā)送窗口的依據(jù)，單位為字節(jié)。即：告訴對(duì)方下次滑塊窗口設(shè)置多大。
檢驗(yàn)和 —— 占 2 字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，要在 TCP報(bào)文段的前面加上 12 字節(jié)的偽首部。
緊急指針字段 —— 占 16 位，指出在本報(bào)文段中緊急數(shù)據(jù)共有多少個(gè)字節(jié)（緊急數(shù)據(jù)放在本報(bào)文段數(shù)據(jù)的最前面）。
選項(xiàng)字段 —— 長度可變。 TCP 最初只規(guī)定了一種選項(xiàng)，即 最大報(bào)文段長度 MSS（ Maximum Segment Size ）。 MSS 告訴對(duì)方 TCP ：“我的緩存所能接收的報(bào)文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度是 MSS 個(gè)字節(jié)。 ”，例如MSS=100表明數(shù)據(jù)字段最多裝100個(gè)字節(jié)。
填充字段 —— 這是為了使整個(gè)首部長度是 4 字節(jié)的整數(shù)倍。
其他選項(xiàng)
- 窗口擴(kuò)大選項(xiàng) ——占 3 字節(jié)，其中有一個(gè)字節(jié)表示移位值 S。新的窗口值等于TCP 首部中的窗口位數(shù)增大到(16 + S)，相當(dāng)于把窗口值向左移動(dòng) S 位后獲得實(shí)際的窗口大小。
- 時(shí)間戳選項(xiàng)——占10 字節(jié)，其中最主要的字段時(shí)間戳值字段（4 字節(jié)）和時(shí)間戳回送回答字段（4 字節(jié)）。
- 選擇確認(rèn)選項(xiàng)——在后面的 5.6.3 節(jié)介紹。
三.可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?/span>
1.停止等待協(xié)議
超時(shí)重傳
- 在發(fā)送完一個(gè)分組后，必須暫時(shí)保留已發(fā)送的分組的副本，只有在收到相應(yīng)的確認(rèn)后才能清除暫時(shí)保留的分組副本。
- 分組和確認(rèn)分組都必須進(jìn)行編號(hào)。這樣才能明確是哪一個(gè)發(fā)送出去的分組收到了確認(rèn)，而哪一個(gè)分組還沒有收到確認(rèn)。
- 超時(shí)計(jì)時(shí)器的重傳時(shí)間應(yīng)當(dāng)比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄禃r(shí)間（RTT）更長一些。
- 發(fā)送窗口為1，接收窗口為1
2.確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到
a. 收方發(fā)送的確認(rèn)丟失時(shí)，發(fā)送方等一會(huì)兒沒收到確認(rèn)則超時(shí)重傳。
B所發(fā)送的對(duì)M;的確認(rèn)丟失了。A 在設(shè)定的超時(shí)重傳時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)，并無法知道是自己發(fā)送的分組出錯(cuò)、丟失，或者是B發(fā)送的確認(rèn)丟失了。因此A在超時(shí)計(jì)時(shí)器到期后就要重傳M,?，F(xiàn)在應(yīng)注意B的動(dòng)作。假定B又收到了重傳的分組M。這時(shí)應(yīng)采取兩個(gè)行動(dòng)。
第一， 丟棄這個(gè)重復(fù)的分組M,，不向上層重復(fù)交付
第一， 丟棄這個(gè)重復(fù)的分組M,，不向上層重復(fù)交付
第二， 向 A 發(fā)送確認(rèn)。不能認(rèn)為已經(jīng)發(fā)送過確認(rèn)就不再發(fā)送，因?yàn)锳之所以重傳 M就表示 A 沒有收到對(duì) M 的確認(rèn)。
b. 確認(rèn)半天才到，沒到的時(shí)間內(nèi)就已經(jīng)超時(shí)重傳了，等他到了也沒啥用了。
傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，但B對(duì)分組M的確認(rèn)遲到了。A 會(huì)收到重復(fù)的確認(rèn)。對(duì)重復(fù)的確認(rèn)的處理很簡單:收下后就丟棄，但什么也不做。B仍然會(huì)收到重復(fù)的M，并且同樣要丟棄重復(fù)的M，并重傳確認(rèn)分組。
3.可靠通信的實(shí)現(xiàn)
- 使用上述的確認(rèn)和重傳機(jī)制，我們就可以在不可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)可靠的通信。
- 這種可靠傳輸協(xié)議常稱為自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。
- ARQ 表明重傳的請(qǐng)求是自動(dòng)進(jìn)行的。接收方不需要請(qǐng)求發(fā)送方重傳某個(gè)出錯(cuò)的分組 。
4.停止等待協(xié)議的信道利用率
停止等待協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是簡單，但缺點(diǎn)是信道利用率太低，發(fā)送方只有TD這個(gè)發(fā)送時(shí)間在運(yùn)行，等待確認(rèn)的時(shí)間什么也不干。 （TD：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間，RTT：等待確認(rèn)的往返總時(shí)間。TA：接收的時(shí)間）
信道的利用率 U：
5.流水線傳輸
- 發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)分組，不必每發(fā)完一個(gè)分組就停頓下來等待對(duì)方的確認(rèn)。
- 由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。
四.傳輸協(xié)議
1.連續(xù) ARQ 協(xié)議
位于發(fā)送窗口內(nèi)的5個(gè)分組都可連續(xù)發(fā)送出去，而不需要等待對(duì)方的確認(rèn)。這樣，信道利用率就提高了。發(fā)送方連著發(fā)出5個(gè)分組，每收到一個(gè)確認(rèn)，就把發(fā)送窗口向前滑動(dòng)一個(gè)分組的位置。
3.累積確認(rèn)
- 下圖上發(fā)下收，上面滑塊窗口為4格表示要發(fā)送的數(shù)據(jù)，下面滑塊窗口為1格表示要接受的數(shù)據(jù)上面發(fā)一個(gè)，下面對(duì)應(yīng)收一個(gè)但不回復(fù)確認(rèn)，滑塊后移一個(gè)，收一個(gè)后移一個(gè)，積累滿4個(gè)統(tǒng)一回復(fù)確認(rèn)。
- 接收方一般采用累積確認(rèn)的方式。即不必對(duì)收到的分組逐個(gè)發(fā)送確認(rèn)，而是對(duì)按序到達(dá)的最后一個(gè)分組發(fā)送確認(rèn)，這樣就表示：到這個(gè)分組為止的所有分組都已正確收到了。
- 累積確認(rèn)有的優(yōu)點(diǎn)是：容易實(shí)現(xiàn)，即使確認(rèn)丟失也不必重傳。缺點(diǎn)是：不能向發(fā)送方反映出接收方已經(jīng)正確收到的所有分組的信息。
- 累計(jì)到第3個(gè)確認(rèn)：前三個(gè)都收到了并且沒有丟包，下一個(gè)給我發(fā)送數(shù)據(jù)包4。假設(shè)數(shù)據(jù)包1丟包——第二個(gè)圖
假設(shè)數(shù)據(jù)包1丟包，則后續(xù)發(fā)送方還在發(fā)，發(fā)完一個(gè)滑塊后，由于收方滑塊還在1處等待收1，接收方接收完后續(xù)的數(shù)據(jù)到3不給予回復(fù)，則會(huì)超時(shí)重傳，重新發(fā)送
4.Go-back-N（回退 N）
- 如果發(fā)送方發(fā)送了前 5 個(gè)分組，而中間的第 3 個(gè)分組丟失了。這時(shí)接收方只能對(duì)前兩個(gè)分組發(fā)出確認(rèn)。發(fā)送方無法知道后面三個(gè)分組的下落，而只好把后面的三個(gè)分組都再重傳一次。
- 這就叫做 Go-back-N（回退 N），表示需要再退回來重傳已發(fā)送過的 N 個(gè)分組。
- 可見當(dāng)通信線路質(zhì)量不好時(shí)，連續(xù) ARQ協(xié)議會(huì)帶來負(fù)面的影響。
解釋：GBN是傳一個(gè)收一個(gè)，滑塊后移并發(fā)送一個(gè)確認(rèn)，例如發(fā)送方發(fā)“0數(shù)據(jù)包”，接收方收到，滑塊移到“1”，并發(fā)送0確認(rèn)；發(fā)送方繼續(xù)發(fā)“1數(shù)據(jù)包”，接收方收到1，滑塊移到“2”，并發(fā)送1確認(rèn)；以此類推。
假設(shè)4丟包了，后續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包5，然后收方回復(fù)之前最后一個(gè)收到的數(shù)據(jù)包確認(rèn)，即確認(rèn)3，告訴發(fā)送方：包含3之前的數(shù)據(jù)包全收到了，下一個(gè)我要的是4。收方丟掉后續(xù)的這些數(shù)據(jù)，而發(fā)送方進(jìn)行超時(shí)重傳，重新傳4以及后續(xù)的數(shù)據(jù)即4—7數(shù)據(jù)。
5.SR（selective Repeat Protocol）
發(fā)送窗口＞1，接收窗口＞1，發(fā)送窗口＞接收窗口
不采用累積確認(rèn)，而是逐個(gè)確認(rèn)，重傳就重傳丟包的那一個(gè)（13課-39:00）
例如：現(xiàn)在7丟包了，但是8，9,10,11仍會(huì)到達(dá)并依次收到確認(rèn)，屬于未按序到達(dá)，直到窗口成為死鎖狀態(tài)才會(huì)超時(shí)重傳7
五.TCP的流量控制
1.加權(quán)平均往返時(shí)間
TCP 保留了 RTT 的一個(gè) 加權(quán)平均往返時(shí)間 RTT S （這又稱為 平滑的往返時(shí)間 ）。
第一次測量到 RTT 樣本時(shí)， RTT S 值就取為所測量到的 RTT 樣本值。以后每測量到一個(gè)新的 RTT 樣本，就按下式重新計(jì)算一次 RTT S ：
2.超時(shí)重傳時(shí)間 RTO (RetransmissionTime-Out)
5-33
Karn 算法
在計(jì)算平均往返時(shí)間 RTT 時(shí)，只要報(bào)文段重傳了，就不采用其往返時(shí)間樣本。
這樣得出的加權(quán)平均平均往返時(shí)間 RTT S和超時(shí)重傳時(shí)間 RTO 就較準(zhǔn)確。
3.利用滑動(dòng)窗口實(shí)現(xiàn)流量控制
- 一般說來，我們總是希望數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶煲恍?。但如果發(fā)送方把數(shù)據(jù)發(fā)送得過快，接收方就可能來不及接收，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。
- 流量控制(flow control)就是讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快，既要讓接收方來得及接收，也不要使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞。
- 利用滑動(dòng)窗口機(jī)制可以很方便地在 TCP連接上實(shí)現(xiàn)流量控制。
流量控制舉例
A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)。在連接建立時(shí)，
B 告訴 A ： “我的接收窗口 rwnd = 400 （字節(jié)）” 。
ack=201：前201字節(jié)完成傳輸，下一次希望收到201字節(jié)
rwnd窗口值改為300（因?yàn)榻邮辗紹的緩沖區(qū)比較滿了）
201-300丟失了，后面先301-400,401-500，最后超時(shí)重傳201-300，則ack馬上=501了，窗口值設(shè)為100，
4.持續(xù)計(jì)時(shí)器 (persistence timer)。
TCP 為每一個(gè)連接設(shè)有一個(gè) 持續(xù)計(jì)時(shí)器 。
只要 TCP 連接的一方收到對(duì)方的 零窗口 通知，就啟動(dòng)持續(xù)計(jì)時(shí)器。
若持續(xù)計(jì)時(shí)器設(shè)置的時(shí)間到期，就發(fā)送一個(gè)零窗口探測報(bào)文段（僅攜帶 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)），而對(duì)方就在確認(rèn)這個(gè)探測報(bào)文段時(shí)給出了現(xiàn)在的窗口值。
若窗口仍然是零，則收到這個(gè)報(bào)文段的一方就重新設(shè)置持續(xù)計(jì)時(shí)器。
若窗口不是零，則死鎖的僵局就可以打破了。
5.必須考慮傳輸效率
- 可以用不同的機(jī)制來控制 TCP 報(bào)文段的發(fā)送時(shí)機(jī):
- 滿了發(fā)貨：第一種機(jī)制是 TCP 維持一個(gè)變量，它等于最大報(bào)文段長度 MSS。只要緩存中存放的數(shù)據(jù)達(dá)到 MSS 字節(jié)時(shí)，就組裝成一個(gè) TCP 報(bào)文段發(fā)送出去。
- 緊急發(fā)貨：第二種機(jī)制是由發(fā)送方的應(yīng)用進(jìn)程指明要求發(fā)送報(bào)文段，即 TCP 支持的推送(push)操作。
- 到時(shí)間發(fā)貨：第三種機(jī)制是發(fā)送方的一個(gè)計(jì)時(shí)器期限到了，這時(shí)就把當(dāng)前已有的緩存數(shù)據(jù)裝入報(bào)文段（但長度不能超過 MSS）發(fā)送出去。
六.TCP的擁塞控制
1.擁塞控制的一般原理
在某段時(shí)間，若對(duì)網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞——產(chǎn)生擁塞(congestion)。
出現(xiàn)資源擁塞的條件：對(duì)資源需求的總和 > 可用資源 (5-7)
若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時(shí)產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負(fù)荷的增大而下降。
2.擁塞控制與流量控制的關(guān)系
- 擁塞控制所要做的都有一個(gè)前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。
- 擁塞控制是一個(gè)全局性的過程，涉及到所有的主機(jī)、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。
- 流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信量的控制。
- 流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得及接收。
3.開環(huán)控制和閉環(huán)控制
（1）開環(huán)控制方法就是在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時(shí)不產(chǎn)生擁塞。
（2）閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念（動(dòng)態(tài)的）。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施：
- 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時(shí)、何處發(fā)生。
- 將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動(dòng)的地方。
- 調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行以解決出現(xiàn)的問題。
4.幾種擁塞控制方法
1.慢開始和擁塞避免
（1）?慢開始和擁塞避免
- 發(fā)送方維持一個(gè)叫做擁塞窗口 cwnd (congestionwindow)的狀態(tài)變量。擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且動(dòng)態(tài)地在變化。發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口等于擁塞窗口。如再考慮到接收方的接收能力，則發(fā)送窗口還可能小于擁塞窗口。
- 發(fā)送方控制擁塞窗口的原則是：只要網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就再增大一些，以便把更多的分組發(fā)送出去。但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就減小一些，以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。
- 流量窗口rwnd和收發(fā)方擁塞窗口cwnd三個(gè)哪個(gè)小選哪個(gè)。
（2）慢開始算法的原理
- 在主機(jī)剛剛開始發(fā)送報(bào)文段時(shí)可先設(shè)置擁塞窗口 cwnd = 1，即設(shè)置為一個(gè)最大報(bào)文段 MSS的數(shù)值。
- 在每收到一個(gè)對(duì)新的報(bào)文段的確認(rèn)后，將擁塞窗口加 1，即增加一個(gè) MSS 的數(shù)值。
- 用這樣的方法逐步增大發(fā)送端的擁塞窗口cwnd，可以使分組注入到網(wǎng)絡(luò)的速率更加合理。
發(fā)送方每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn)（重傳的不算在內(nèi)）就使 cwnd 加 1 。
cwnd=1：允許發(fā)送1個(gè)MSS的報(bào)文，即一個(gè)報(bào)文段。
（3）慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例
設(shè)置慢開始門限狀態(tài)變量 （門限值）ssthresh
- 當(dāng) TCP 連接進(jìn)行初始化時(shí)，將擁塞窗口置為 1。圖中的窗口單位不使用字節(jié)而使用報(bào)文段。
- 慢開始門限的初始值設(shè)置為 16 個(gè)報(bào)文段，即 ssthresh = 16。
- 發(fā)送端的發(fā)送窗口不能超過擁塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我們假定接收端窗口足夠大，因此現(xiàn)在發(fā)送窗口的數(shù)值等于擁塞窗口的數(shù)值。
- 在執(zhí)行慢開始算法時(shí)，擁塞窗口 cwnd 的初始值為 1發(fā)送第一個(gè)報(bào)文段 M0。
- 發(fā)送端每收到一個(gè)確認(rèn) ，就把 cwnd 加 1。于是發(fā)送端可以接著發(fā)送 M1 和 M2 兩個(gè)報(bào)文段。
- 接收端共發(fā)回兩個(gè)確認(rèn)。發(fā)送端每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn)，就把發(fā)送端的 cwnd 加 1?，F(xiàn)在 cwnd 從 2增大到 4，并可接著發(fā)送后面的 4 個(gè)報(bào)文段。
- 發(fā)送端每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn)，就把發(fā)送端的擁塞窗口加 1 ，因此擁塞窗口 cwnd 隨著傳輸輪次按指數(shù)規(guī)律增長。
- 當(dāng)擁塞窗口 cwnd 增長到慢開始門限值 ssthresh 時(shí)（即當(dāng) cwnd = 16 時(shí)），就改為執(zhí)行擁塞避免算法，擁塞窗口按線性規(guī)律增長。
- 假定擁塞窗口的數(shù)值增長到 24 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)超時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)擁塞了。
- 更新后的 ssthresh 值變?yōu)? 12 （即發(fā)送窗口數(shù)值 24 的一半），擁塞窗口再重新設(shè)置為 1 ，并執(zhí)行慢開始算法。
- 當(dāng) cwnd = 12 時(shí)改為執(zhí)行擁塞避免算法，擁塞窗口按按線性規(guī)律增長，每經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)延就增加一個(gè) MSS 的大小。
2.快重傳和快恢復(fù)
n
快重傳算法首先要求接收方每收到一個(gè)失序的報(bào)文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn)。這樣做可以讓發(fā)送 方及早知道有報(bào)文段沒有到達(dá)接收方。
n
發(fā)送方只要一連收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)就應(yīng)當(dāng)立即重傳對(duì)方尚未收到的報(bào)文段。
n
不難看出，快重傳并非取消重傳計(jì)時(shí)器，而是在某些情況下可更早地重傳丟失的報(bào)文段。
快重傳舉例
快恢復(fù)算法
(1) 當(dāng)發(fā)送端收到連續(xù)三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)時(shí)，就執(zhí)行“乘法減小”算法（擁塞時(shí)數(shù)值減半），把慢開始門限 ssthresh減半。但接下去不執(zhí)行慢開始算法。
(2) 由于發(fā)送方現(xiàn)在認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)很可能沒有發(fā)生擁塞，因此現(xiàn)在不執(zhí)行慢開始算法，即擁塞窗口cwnd 現(xiàn)在不設(shè)置為 1 ，而是設(shè)置為慢開始門限 ssthresh 減半后的數(shù)值，然后開始執(zhí)行擁塞避免算法（“加法增大”），使擁塞窗口緩慢地線性增大。
從連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)
轉(zhuǎn)入擁塞避免
七.TCP 的運(yùn)輸連接管理
1. 運(yùn)輸連接的三個(gè)階段
運(yùn)輸連接就有三個(gè)階段，即： 連接建立 、 數(shù)據(jù)傳送 和 連接釋放 。運(yùn)輸連接的管理就是使運(yùn)輸連接的建立和釋放都能正常地進(jìn)行。
連接建立過程中要解決以下三個(gè)問題：
- 要使每一方能夠確知對(duì)方的存在。
- 要允許雙方協(xié)商一些參數(shù)（如最大報(bào)文段長度，最大窗口大小，服務(wù)質(zhì)量等）。
- 能夠?qū)\(yùn)輸實(shí)體資源（如緩存大小，連接表中的項(xiàng)目等）進(jìn)行分配。
2.用三次握手建立 TCP 連接
①A 的 TCP 向 B 發(fā)出連接請(qǐng)求報(bào)文段，其首部中的同步位 SYN = 1，并選擇序號(hào) seq = x，表明傳送數(shù)據(jù)時(shí)的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號(hào)是 x。
②B 的 TCP 收到連接請(qǐng)求報(bào)文段后，如同意，則發(fā)回確認(rèn)。
? B 在確認(rèn)報(bào)文段中應(yīng)使同步位SYN = 1，使 ACK = 1，其確認(rèn)號(hào)ack = x + 1（前x個(gè)數(shù)據(jù)已收到，期望下一次收到x+1開始的數(shù)據(jù)），自己選擇的序號(hào) seq = y。x和y沒關(guān)系，是各自數(shù)據(jù)的序號(hào)。
③?A 收到此報(bào)文段后向 B 給出確認(rèn)，其 ACK = 1，確認(rèn)號(hào) ack = y +1，seq = x + 1表示這次給的是序號(hào)為x+1的數(shù)據(jù)
? A 的 TCP 通知上層應(yīng)用進(jìn)程，連接已經(jīng)建立B 的 TCP 收到主機(jī) A 的確認(rèn)后，也通知其上層應(yīng)用進(jìn)程：TCP 連接已經(jīng)建立。
這個(gè)圖背！！！！！兩邊字母也背背吧
為什么要有第三次握手：第二次B發(fā)送確認(rèn)后就默認(rèn)已經(jīng)建立連接了，但如果這個(gè)報(bào)文丟失，A發(fā)現(xiàn)沒有建立連接，而B顯示已經(jīng)建立連接。所以A要再第三次確認(rèn)，確認(rèn)第二次是收到了。
三次握手后A開始傳輸數(shù)據(jù)，所以一般把第三次握手和數(shù)據(jù)傳輸合起來。
3.四次揮手——TCP 的連接釋放
（1）數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通信的雙方都可釋放連接?，F(xiàn)在 A 的應(yīng)用進(jìn)程先向其 TCP 發(fā)出連接釋放報(bào)文段，并停止再發(fā)送數(shù)據(jù)，主動(dòng)關(guān)閉 TCP連接。
? A 把連接釋放報(bào)文段首部的“終止”?FIN = 1，其序號(hào)seq = u（假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸完后序號(hào)用到了u），等待 B 的確認(rèn)。
（2）B 發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)號(hào) ack = u + 1（期待收到u+1），而這個(gè)報(bào)文段自己的序號(hào) seq = v（B給A發(fā)的數(shù)據(jù)序號(hào)用到了v）。
? TCP 服務(wù)器進(jìn)程通知高層應(yīng)用進(jìn)程。
? 從 A 到 B 這個(gè)方向的連接就釋放了，但是B沒發(fā)送“終止”?FIN = 1，所以TCP 連接處于半關(guān)閉狀態(tài)。B 若發(fā)送數(shù)據(jù)，A 仍要接收。
（3）若 B 已經(jīng)沒有要向 A 發(fā)送的數(shù)據(jù)，其應(yīng)用進(jìn)程就通知 TCP 釋放連接，“終止”FIN = 1, ACK = 1, ack= u + 1（這倆不變，因?yàn)锳中間沒發(fā)過數(shù)據(jù)，還是停留在第一次揮手），seq = w（數(shù)據(jù)傳輸用了一些序號(hào)，序號(hào)用到了w）。
（4）A 收到連接釋放報(bào)文段后，必須發(fā)出確認(rèn)，ACK = 1, 自己的序號(hào) seq = u + 1, 確認(rèn)號(hào)ack = w + 1。
客戶A的TCP 連接必須經(jīng)過2MSL時(shí)間后才真正釋放掉。（而客戶B在收到第四次揮手時(shí)立馬釋放）解釋：若客戶A不等2MSL而直接釋放了，那么當(dāng)最后一次揮手報(bào)文丟失時(shí)，客戶B揮一直處于未釋放連接狀態(tài)；若客戶A等2MSL，那么當(dāng)最后一次揮手報(bào)文丟失時(shí)，客戶B還會(huì)超時(shí)重傳第三次揮手給A，A就再次回復(fù)第四次揮手給B。
注意：若中間無數(shù)據(jù)發(fā)送，則二三次揮手可以合并。
A 必須等待 2MSL 的時(shí)間（課件字隨便看看）
第一，為了保證 A 發(fā)送的最后一個(gè) ACK 報(bào)文段能夠到達(dá) B 。
第二，防止 “已失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段”出現(xiàn)在本連接中。A 在發(fā)送完最后一個(gè) ACK 報(bào)文段后，再經(jīng)過 時(shí)間 2MSL ， 就可以使本連接持續(xù)的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的所有報(bào)文段，都從網(wǎng)絡(luò)中消失。這樣就可以使下一個(gè)新的連接中不會(huì)出現(xiàn)這種舊的連接請(qǐng)求報(bào)文段。