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1、第 5 章 运输层,运输层是整个网络体系结构中的关键层次之一,本章主要讨论TCP/IP体系中运输层最重要的两个协议UDP和TCP,TCP比UDP复杂的多。,5.1 运输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信,进程是正在运行的一个程序。 当网络的边缘部分中的两个主机使用网络的核心部分的功能进行端到端的通信时,只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层,而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能,如下图所示:,运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信,5 4 3 2 1,运输层提供应用进程间的逻辑通信,主机 A,主机 B,应用进程,应用进程,路由器 1,路由器 2,AP1,LAN2
2、,WAN,AP2,AP3,AP4,IP 层,LAN1,AP1,AP2,AP4,端口,端口,5 4 3 2 1,IP 协议的作用范围,运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围,AP3,应用进程之间的通信,运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层,再往下就共用网络层提供的服务。 “运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是:运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。,运输层协议和网络层协议的主要区别,应用进程,应用进程,IP 协议的作用范围 (提供主机之间的逻辑通信),TCP 和 U
3、DP 协议的作用范围 (提供进程之间的逻辑通信),因 特 网,当运输层采用面向连接的TCP协议时,尽管下面的网络是不可靠的,但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。 但当运输层采用无连接的UDP协议时,这种逻辑通信信道仍然是一条不可靠信道。,TCP/IP 的运输层有两个不同的协议: (1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol),5.1.2 运输层的两个主要协议,TCP/IP 体系中的运输层协议,TCP,UDP,IP,应用层,与各种网络接口,运输层,TCP 与
4、 UDP,UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后,不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付,但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。 TCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务,因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多,还要占用许多的处理机资源。,使用UDP和TCP协议的各种应用和应用层协议,如表51所示:,5.1.3 运输层的端口,复用:应用层所有的应用进程都可以通过运输层再传送到IP层,这就是复用。 分用:运输层从IP层收到数据后必须交付给指明的应用
5、进程,这就是分用。,在单个计算机中的进程是用进程标识符来标志的,但是在因特网环境下,用计算机操作系统所指派的这种进程标识符来标志运行在应用层的各种应用进程是不行的。 这是因为在因特网上使用的计算机的操作系统种类很多,而不同的操作系统又使用不同格式的进程标识符。 为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信,就必须用统一的方法对 TCP/IP 体系的应用进程进行标志。,方法就是在运输层使用协议端口号(protocol port number),或简称为端口(port)。 这就是说:虽然通信的终点是应用进程,但我们只要把要传送的报文交到目的主机的某一个合适的目的端口,剩下的工作(即最后交付
6、给目的进程)就由 TCP 来完成。,软件端口与硬件端口,在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口。 路由器或交换机上的端口是硬件端口。 硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口,而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。,TCP 的端口,端口用一个 16 位端口号进行标志。 端口号只具有本地意义,即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。,运输层的端口号分为两大类,1、服务器端使用的端口号: (1)熟知端口号或系统端口号,数值一般为 01023。 (2)登记端口号,数值为102449151,为没有熟知端口号的应用程序使用的。使
7、用这个范围的端口号必须在 IANA 登记,以防止重复。 2、客户端使用的端口号:叫客户端口号或短暂端口号,数值为4915265535,留给客户进程选择暂时使用。,5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述,UDP 只在 IP 数据报服务之上增加了很少一点的功能,即: 复用 分用 差错检测,UDP 的主要特点,1、UDP 是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接。 2、UDP 使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,同时也不使用拥塞控制。 3、UDP 是面向报文的。,UDP 的主要特点(续) 3、面向报文的 UDP,发送方 UDP 对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付 IP
8、 层。UDP 对应用层交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的边界。 应用层交给 UDP 多长的报文,UDP 就照样发送,即一次发送一个报文。 接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报,在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程,一次交付一个完整的报文。 应用程序必须选择合适大小的报文。,UDP 的主要特点(续) 3、面向报文的 UDP,IP 数据报的数据部分,IP 首部,IP 层,UDP 首部,UDP 用户数据报的数据部分,运输层,应用层报文,应用层,UDP 的主要特点(续),4、UDP 没有拥塞控制,很适合多媒体通信的要求。 5、UDP 支持一对一、一对多、多对
9、一和多对多的交互通信。 6、UDP 的首部开销小,只有 8 个字节。,5.2.2 UDP 的首部格式,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,UDP 基于端口的分用,5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点,1、TCP 是面向连接的运输层协议。 2、每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint),每一条 TCP 连接只能是点对点的(一对一)。 3、TCP 提供可靠交付的服务
10、。 4、TCP 提供全双工通信。 5、面向字节流:其含义是:,含义:虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块,但TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流。TCP 并不知道字节流的含义。,发送 TCP 报文段,发送方,接收方,把字节写入 发送缓存,从接收缓存 读取字节,应用进程,应用进程,18,17,16,15,14,H,加上 TCP 首部 构成 TCP 报文段,TCP,TCP,字节流,字节流,H,表示 TCP 报文段的首部,x,表示序号为 x 的数据字节,TCP 连接,应当注意,TCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接。 TCP 对应用进程一次把多长的报文发送到T
11、CP 的缓存中是不关心的。 TCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节(UDP 发送的报文长度是应用进程给出的)。 TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。,5.3.2 TCP 的连接,TCP 把连接作为最基本的抽象。每一条 TCP 连接有两个端点。端点是什么? TCP 连接的端点不是主机,不是主机的IP 地址,不是应用进程,也不是运输层的协议端口。TCP 连接的端点叫做套接字(socket)或插口。什么是套接字: 端口号拼接到(contatenated with) IP 地址即构成了套接字。即:
12、,套接字 socket = (IP地址: 端口号) (5-1) 如:192,168,4,5:80 每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点(即两个套接字)所确定。即: TCP 连接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-2),end,上节课讲了UDP和TCP的区别: UDP是面向报文的,TCP是面向字节流的,所谓面向报文指的是UDP对应用层交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的边界。面向字节流指的是虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块(大小不等),但TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的
13、字节流。TCP根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞程度来决定一个报文段应包含多少个字节,如果应用进程传送到TCP缓存的数据块太长,TCP可以把它划分的短一些。如果应用进程一次只发来一个字节,TCP也可以等待积累到足够多的字节后再构成报文段发送出去。,5.4 可靠传输的工作原理,我们知道,TCP发送的报文是交给IP层传送的,但IP层提供的是尽最大努力交付,也就是说IP层提供的是不可靠传输,因此,TCP必须采用适当的措施才能使得两个运输层之间的通信变得可靠。 理想的传输条件有两个: (1)传输信道不产生差错 (2)不管发送发以多快的速度发送数据,接收方总是来得及处理收到的数据。 但实际的网络并不具备
14、以上条件。我们可以使用一些可靠传输协议,当出现差错时让发送方重传,当接收方来不及处理收到的数据时,及时告诉发送方适当降低发送速率。,5.4.1 停止等待协议 “停止等待”就是每发送完一个分组就停止发送,等待对方的确认。 1、无差错情况和超时重传,(a) 无差错情况,A,发送 M1,确认 M1,B,发送 M2,发送 M3,确认 M2,确认 M3,A,发送 M1,B,超时重传 M1,发送 M2,确认 M1,丢弃有差错 的报文,(b) 超时重传,t,t,t,t,2、出现差错时注意三点,(1)在发送完一个分组后,必须暂时保留已发送的分组的副本,收到确认后清除。 (2)分组和确认分组都必须进行编号。 (
15、3)超时计时器设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。,3、确认丢失和确认迟到,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃重复的 M1 重传确认 M1,(a) 确认丢失,确认 M1,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃重复的M1 重传确认M1,(b) 确认迟到,确认 M1,收下迟到的确认 但什么也不做,t,t,t,t,可靠通信的实现,使用上述的确认和重传机制,我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。 这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。 ARQ 表明重传的请求是自动进行的。接收方不
16、需要请求发送方重传某个出错的分组 。,4、信道利用率,停止等待协议的优点是简单,但缺点是信道利用率太低。 利用率TD /TD+RTT+TA,TD,RTT,A,TD + RTT + TA,B,分组,确认,t,t,分组,确认,为了提高信道利用率,发送方可以采用流水线传输,如下图所示:,流水线传输,发送方可连续发送多个分组,不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。 由于信道上一直有数据不间断地传送,这种传输方式可获得很高的信道利用率。,B,分组,t,t,A,ACK,TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口:一个发送窗口和一个接收窗口。 TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中。 TCP连接的往返
17、时间 RTT 也不是固定不变的。需要使用特定的算法估算较为合理的重传时间。,5.4.2 连续 ARQ 协议,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(a) 发送方维持发送窗口(发送窗口是 5),发送窗口,累积确认,接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认,而是对按序到达的最后一个分组发送确认,这样就表示:到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。 累积确认有的优点是:容易实现,即使确认丢失也不必重传。缺点是:不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。例如:,Go-back-N(回退 N),如果发送方发送了前 5 个分组,而中间的第 3 个分组丢失了。
18、这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落,而只好把后面的三个分组都再重传一次。这就叫做 Go-back-N(回退 N),表示需要再退回来重传已发送过的 N 个分组。 可见当通信线路质量不好时,连续 ARQ 协议会带来负面的影响。,TCP虽然是面向字节流的,但TCP传送的数据单元却是报文段。一个TCP报文段分为首部和数据两个部分。 首部的前20个字节是固定的,后面的4N字节是根据需要增加的选项(N是整数),如下图所示:,5.5 TCP 报文段的首部格式,TCP 首部,20 字节的 固定首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口
19、,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,32 位,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,发送在前,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服
20、务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,序号字段占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,
21、紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,确认号字段占 4 字节,是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,数据偏移(即首部长度)占 4 位,它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文
22、段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字(以 4 字节为计算单位)。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,保留字段占 6 位,保留为今后使用,但目前应置为 0。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S
23、 Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,紧急 URG 当 URG 1 时,表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据,应尽快传送(相当于高优先级的数据)。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,确认 ACK 只有当 ACK 1 时确认号字段才有效。当 ACK 0 时,确认号无效。,TCP 首
24、部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,推送 PSH (PuSH) 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段,就尽快地交付接收应用进程,而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y
25、 N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,复位 RST (ReSeT) 当 RST 1 时,表明 TCP 连接中出现严重差错(如由于主机崩溃或其他原因),必须释放连接,然后再重新建立运输连接。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,同步 SYN 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。,T
26、CP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,终止 FIN (FINis) 用来释放一个连接。FIN 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕,并要求释放运输连接。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S
27、T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,窗口字段 占 2 字节,用来让对方设置发送窗口的依据,单位为字节。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,检验和 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时,要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,
28、目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,紧急指针字段 占 16 位,指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节(紧急数据放在本报文段数据的最前面)。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,比特 0
29、8 16 24 31,填 充,选项字段 长度可变。TCP 最初只规定了一种选项,即最大报文段长度 MSS。MSS 告诉对方 TCP:“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”,MSS (Maximum Segment Size) 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。 数据字段加上 TCP 首部 才等于整个的 TCP 报文段。,其他选项,窗口扩大选项 占 3 字节,其中有一个字节表示移位值 S。新的窗口值等于TCP 首部中的窗口位数增大到(16 + S),相当于把窗口值向左移动 S 位后获得实际的窗口大小。 时间戳选项占10 字节,其中最主要的字段时间戳值字段(4
30、 字节)和时间戳回送回答字段(4 字节)。 选择确认选项在后面的 5.6.3 节介绍。,TCP 首部,20 字节 固定 首部,目 的 端 口,数据 偏移,检 验 和,选 项 (长 度 可 变),源 端 口,序 号,紧 急 指 针,窗 口,确 认 号,保 留,F I N,S Y N,R S T,P S H,A C K,U R G,位 0 8 16 24 31,填 充,填充字段 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。,5.6 TCP 可靠传输的实现 5.6.1 以字节为单位的滑动窗口,前移,不允许发送,已发送并 收到确认,A 的发送窗口 = 20,允许发送的序号,26,27,28,29,30
31、,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,B 期望 收到的序号,前沿,后沿,前移,收缩,假定A收到了B发来的确认报文段,其中窗口是20(字节),而确认号是31(B期望收到的下一个序号是31,而之前的已收到),根据这两个数据,A 构造出自己的发送窗口,如下图:,TCP 标准强烈不赞成 发送窗口前沿向后收缩,不允许发送,已发送并 收到确认,A 的发送窗口位置不变,允许发送但尚未发送,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,
32、43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,已发送但未收到确认,56,P1,P2,P3,不允许接收,已发送确认 并交付主机,B 的接收窗口,允许接收,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,未按序收到,可用窗口,A 发送了 11 个字节的数据,P3 P1 = A 的发送窗口(又称为通知窗口) P2 P1 = 已发送但尚未收到确认的字节数 P3 P2 = 允许发送但尚未发送的字节数(又称为可用窗口),B只能对按序收到的
33、数据中的最高序号给出确认,允许发送但尚未发送,A 的发送窗口向前滑动,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,已发送并收到确认,不允许 发送,已发送 但未收到确认,56,P1,P2,P3,允许接收,B 的接收窗口向前滑动,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,已发送确认 并交付主机,不允许 接收,56,未按序收到,A
34、 收到新的确认号即收到了B发回的收到3133的确认信号,则A的发送窗口向前滑动如下图:,先存下,等待缺少的 数据的到达,不允许 发送,已发送并收到确认,A 的发送窗口已满,有效窗口为零,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,已发送但未收到确认,56,P1,P2,P3,A 的发送窗口内的序号都已用完, 但还没有再收到确认,必须停止发送。,发送缓存与接收缓存的作用,发送缓存用来暂时存放: 发送应用程序传送给发送方 TCP 准备发送的数据; TCP 已发送出但
35、尚未收到确认的数据。 接收缓存用来暂时存放: 按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据; 不按序到达的数据。,发送缓存,最后被确认 的字节,发送应用程序,发送缓存,最后发送 的字节,发送窗口,已发送,TCP,序号增大,发送窗口通常只是发送缓存的一部分,接收缓存,接收应用程序,已收到,接收窗口,TCP,接收缓存,下一个读取 的字节,序号增大,下一个期望收到的 字节(确认号),需要强调三点,A 的发送窗口并不总是和 B 的接收窗口一样大(因为有一定的时间滞后)。 TCP 标准没有规定对不按序到达的数据应如何处理。通常是先临时存放在接收窗口中,等到字节流中所缺少的字节收到后,再按序交付上层的应用进
36、程。 TCP 要求接收方必须有累积确认的功能,这样可以减小传输开销。,5.6.2 超时重传时间(RTO)的选择,重传机制是 TCP 中最重要和最复杂的问题之一。 TCP 每发送一个报文段,就对这个报文段设置一次计时器。只要计时器设置的重传时间到但还没有收到确认,就要重传这一报文段。,往返时延和超时重传时间的设置,由于 TCP 的下层是一个互联网环境,发送的报文段可能只经过一个高速率的局域网,也可能经过多个低速率的网络,并且每个IP 数据报所选择的路由还可能不同。如果把超时重传时间设置得太短,就会引起很多报文段的不必要的重传,使网络负荷增大。但如果把超时重传时间设置得过长,则又使网络的空闲时间增
37、大,降低了传输效率。 于是Karn提出了一个算法:在计算加权平均RTTs时只要报文重传了,就不采用其往返时间样本。这样得出的加权平均往返时间RTTs和超时重传时间RTO就较准确。,加权平均往返时间,TCP 保留了 RTT 的一个加权平均往返时间 RTTS(这又称为平滑的往返时间)。 第一次测量到 RTT 样本时,RTTS 值就取为所测量到的 RTT 样本值。以后每测量到一个新的 RTT 样本,就按下式重新计算一次 RTTS: 新的 RTTS (1 ) (旧的 RTTS) (新的 RTT 样本) (5-4) 式中,0 1。若 很接近于零,表示 RTT 值更新较慢。若选择 接近于 1,则表示 RT
38、T 值更新较快。 RFC 2988 推荐的 值为 1/8,即 0.125。,超时重传时间 RTO (RetransmissionTime-Out),RTO 应略大于上面得出的加权平均往返时间 RTTS。 RFC 2988 建议使用下式计算 RTO: RTO RTTS + 4 RTTD (5-5) RTTD 是 RTT 的偏差的加权平均值。 RFC 2988 建议这样计算 RTTD。第一次测量时,RTTD 值取为测量到的 RTT 样本值的一半。在以后的测量中,则使用下式计算加权平均的 RTTD: 新的 RTTD = (1 ) (旧的RTTD) + RTTS 新的 RTT 样本 (5-6) 是个小
39、于 1 的系数,其推荐值是 1/4,即 0.25。,5.6.3 选择确认 SACK (Selective ACK),若收到的报文段无差错,只是未按序号,中间还缺少一些序号的数据,那么能否只传送缺少的数据而不重传已收到的数据。答案是肯定的,方法是选择确认。其工作原理如下图所示:,1 1000 1501 3000 3501 4500,确认号 = 1001,L1 = 1501,L2 = 3501,R1 = 3001,R1 = 4501,接收到的字节流序号不连续,连续的字节流,第一个字节块,第二个字节块,在上图中序号11000收到了,10011500没收到,也就是说,接收方收到了不连续的字节块,如果这
40、些字节块都在接收窗口之内,那么接收方就先收下这些数据,但要把这些信息准确地告诉发送方,使发送方不要再重复发送这些已收到的数据。 。,5.7 TCP 的流量控制 5.7.1 利用滑动窗口实现流量控制,一般说来,我们总是希望数据传输得更快一些。但如果发送方把数据发送得过快,接收方就可能来不及接收,这就会造成数据的丢失。 流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快,既要让接收方来得及接收,也不要使网络发生拥塞。 利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制。,seq = 1, DATA,seq = 201, DATA,seq = 401, DATA,seq =
41、301, DATA,seq = 101, DATA,seq = 201, DATA,seq = 501, DATA,ACK = 1, ack = 201, rwnd = 300,ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0,ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100,A,B,允许 A 发送序号 201 至 500 共 300 字节,A 发送了序号 101 至 200,还能发送 200 字节,A 发送了序号 301 至 400,还能再发送 100 字节新数据,A 发送了序号 1 至 100,还能发送 300 字节,A 发送了序号 401 至 500,不能再发送新数据了,A 超时重传旧的数据,但不能发送新的数据,允许 A 发送序号 501 至 600 共 100 字节,A 发送了序号 501 至 600,不能再发送了,不允许 A 再发送(到序号 600 为止的数据都收到了),丢失!,流量控制举例,A 向 B
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