計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) CH6 傳輸層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第6章傳輸層第6章傳輸層

6.1傳輸層協(xié)議概述6.1.1進(jìn)程之間的通信 6.1.2傳輸層的兩個(gè)主要協(xié)議6.1.3傳輸層的端口6.2用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP 6.2.1UDP概述 6.2.2UDP的數(shù)據(jù)格式第6章傳輸層6.3傳輸控制協(xié)議TCP 6.3.1TCP概述6.3.2TCP的報(bào)文格式6.3.3TCP的連接和釋放6.3.4TCP的可靠傳輸6.4流量控制與擁塞控制5.4.1利用滑動窗口實(shí)現(xiàn)流量控制5.4.2擁塞控制的原理及方法第6章傳輸層6.5 QoS6.5.1QoS概述6.5.2綜合服務(wù)體系6.5.3區(qū)分服務(wù)體系6.6流媒體傳輸6.6.1流媒體工作原理6.6.2流媒體傳輸協(xié)議6.1傳輸層協(xié)議概述

6.1.1進(jìn)程之間的通信從通信和信息處理的角度看，傳輸層向它上面的應(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)議棧才有傳輸層，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。傳輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信54321傳輸層提供應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信主機(jī)A主機(jī)B應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程路由器1路由器2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP層LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP協(xié)議的作用范圍傳輸層協(xié)議TCP和UDP的作用范圍AP3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。傳輸層的一個(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傳輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)?！皞鬏攲犹峁?yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信”?！斑壿嬐ㄐ拧钡囊馑际牵簜鬏攲又g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)傳輸層之間并沒有一條水平方向的物理連接。傳輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要區(qū)別應(yīng)用進(jìn)程…應(yīng)用進(jìn)程…IP協(xié)議的作用范圍（提供主機(jī)之間的邏輯通信）TCP和UDP協(xié)議的作用范圍（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）因特網(wǎng)傳輸層的主要功能傳輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信（但網(wǎng)絡(luò)層是為主機(jī)之間提供邏輯通信）。傳輸層還要對收到的報(bào)文進(jìn)行差錯檢測。傳輸層需要有兩種不同的傳輸協(xié)議，即面向連接的TCP和無連接的UDP。

兩種不同的傳輸協(xié)議傳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)傳輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。當(dāng)傳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。當(dāng)傳輸層采用無連接的UDP協(xié)議時(shí)，這種邏輯通信信道是一條不可靠信道。TCP/IP的傳輸層有兩個(gè)不同的協(xié)議：(1)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP (UserDatagramProtocol)(2)傳輸控制協(xié)議TCP (TransmissionControlProtocol)5.1.2傳輸層的兩個(gè)主要協(xié)議兩個(gè)對等傳輸實(shí)體在通信時(shí)傳送的數(shù)據(jù)單位叫作傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDU(TransportProtocolDataUnit)。TCP傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是TCP報(bào)文段(segment)UDP傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是UDP報(bào)文或用戶數(shù)據(jù)報(bào)。TCP與UDPTCP/IP體系中的傳輸層協(xié)議TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口傳輸層TCP與UDPUDP在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對方的傳輸層在收到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。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、面向連接的傳輸服務(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)傳輸層的

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轉(zhuǎn)發(fā)，但

UDP

用戶數(shù)據(jù)報(bào)是在傳輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。TCP

報(bào)文段是在傳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傳輸層是否建立了TCP連接。5.1.3傳輸層的端口運(yùn)行在計(jì)算機(jī)中的進(jìn)程是用進(jìn)程標(biāo)識符來標(biāo)志的。運(yùn)行在應(yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程卻不應(yīng)當(dāng)讓計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)指派它的進(jìn)程標(biāo)識符。這是因?yàn)樵谝蛱鼐W(wǎng)上使用的計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)種類很多，而不同的操作系統(tǒng)又使用不同格式的進(jìn)程標(biāo)識符。為了使運(yùn)行不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程能夠互相通信，就必須用統(tǒng)一的方法對TCP/IP體系的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)志。需要解決的問題由于進(jìn)程的創(chuàng)建和撤銷都是動態(tài)的，發(fā)送方幾乎無法識別其他機(jī)器上的進(jìn)程。有時(shí)我們會改換接收報(bào)文的進(jìn)程，但并不需要通知所有發(fā)送方。我們往往需要利用目的主機(jī)提供的功能來識別終點(diǎn)，而不需要知道實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的進(jìn)程。端口號(protocolportnumber)

簡稱為端口(port)解決這個(gè)問題的方法就是在傳輸層使用協(xié)議端口號(protocolportnumber)，或通常簡稱為端口(port)。雖然通信的終點(diǎn)是應(yīng)用進(jìn)程，但我們可以把端口想象是通信的終點(diǎn)，因?yàn)槲覀冎灰岩獋魉偷膱?bào)文交到目的主機(jī)的某一個(gè)合適的目的端口，剩下的工作（即最后交付目的進(jìn)程）就由TCP來完成。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。路由器或交換機(jī)上的端口是硬件端口。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)程與傳輸實(shí)體進(jìn)行層間交互的一種地址。TCP的端口端口用一個(gè)16位端口號進(jìn)行標(biāo)志。端口號只具有本地意義，即端口號只是為了標(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)的相同端口號是沒有聯(lián)系的。三類端口熟知端口，數(shù)值一般為0~1023。登記端口號，數(shù)值為1024~49151，為沒有熟知端口號的應(yīng)用程序使用的。使用這個(gè)范圍的端口號必須在IANA登記，以防止重復(fù)?？蛻舳丝谔柣蚨虝憾丝谔?，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)程所使用的動態(tài)端口號。通信結(jié)束后，這個(gè)端口號可供其他客戶進(jìn)程以后使用。6.2用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP

6.2.1UDP概述

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)。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。UDP沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的要求。UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。UDP的首部開銷小，只有8個(gè)字節(jié)。面向報(bào)文的UDP發(fā)送方UDP對應(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。UDP是面向報(bào)文的IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分IP首部IP層UDP首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分傳輸層應(yīng)用層報(bào)文應(yīng)用層6.2.2UDP的報(bào)文格式偽首部源端口目的端口長度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP基于端口的分用IP層UDP數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)端口2端口3端口1UDP分用偽首部源端口目的端口長度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP有兩個(gè)字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有8個(gè)字節(jié)，由4個(gè)字段組成，每個(gè)字段都是兩個(gè)字節(jié)。偽首部源端口目的端口長度檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)首部UDP長度源IP地址目的IP地址017IP數(shù)據(jù)報(bào)字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù)據(jù)首部UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，臨時(shí)把“偽首部”和UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)連接在一起。偽首部僅僅是為了計(jì)算檢驗(yàn)和。計(jì)算UDP檢驗(yàn)和的例子1001100100010011→153.190000100001101000→8.1041010101100000011→171.30000111000001011→14.110000000000010001→0和170000000000001111→150000010000111111→10870000000000001101→130000000000001111→150000000000000000→0（檢驗(yàn)和）0101010001000101→數(shù)據(jù)0101001101010100→數(shù)據(jù)0100100101001110→數(shù)據(jù)0100011100000000→數(shù)據(jù)和0（填充）1001011011101101→求和得出的結(jié)果0110100100010010→檢驗(yàn)和04112字節(jié)偽首部8字節(jié)UDP首部7字節(jié)數(shù)據(jù)填充按二進(jìn)制反碼運(yùn)算求和將得出的結(jié)果求反碼全0171510871315全0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)全06.3傳輸控制協(xié)議TCP

6.3.1TCP協(xié)議概述

TCP是面向連接的傳輸層協(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)對點(diǎn)的（一對一）。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。768HTCP面向流的概念發(fā)送TCP報(bào)文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程1230181716151419202145131211H109H加上TCP首部構(gòu)成TCP報(bào)文段TCPTCP字節(jié)流字節(jié)流H表示TCP報(bào)文段的首部x表示序號為x的數(shù)據(jù)字節(jié)TCP連接應(yīng)當(dāng)注意TCP連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。TCP對應(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)對方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個(gè)報(bào)文段應(yīng)包含多少個(gè)字節(jié)（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。TCP首部20字節(jié)的固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FIN32位SYNRSTPSHACKURG位08162431填充TCP數(shù)據(jù)部分TCP首部TCP報(bào)文段IP數(shù)據(jù)部分IP首部發(fā)送在前6.3.2TCP的報(bào)文格式TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充源端口和目的端口字段——各占2字節(jié)。端口是傳輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。傳輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實(shí)現(xiàn)。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充序號字段——占4字節(jié)。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。序號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。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充確認(rèn)號字段——占4字節(jié)，是期望收到對方的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充數(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)?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位是32位字（以4字節(jié)為計(jì)算單位）。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充保留字段——占6位，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為0。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充緊急URG——當(dāng)URG1時(shí)，表明緊急指針字段有效。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)先級的數(shù)據(jù))。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充確認(rèn)ACK——只有當(dāng)ACK1時(shí)確認(rèn)號字段才有效。當(dāng)ACK0時(shí)，確認(rèn)號無效。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充推送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。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充復(fù)位RST(ReSeT)——當(dāng)RST1時(shí)，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯（如由于主機(jī)崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立傳輸連接。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充同步SYN——同步SYN=1表示這是一個(gè)連接請求或連接接受報(bào)文。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充終止FIN(FINis)——用來釋放一個(gè)連接。FIN1表明此報(bào)文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放傳輸連接。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充窗口字段——占2字節(jié)，用來讓對方設(shè)置發(fā)送窗口的依據(jù)，單位為字節(jié)。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充檢驗(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。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充緊急指針字段——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）。

TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG比特08162431填充選項(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。MSS告訴對方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)?！盡SS(MaximumSegmentSize)是TCP報(bào)文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上TCP首部才等于整個(gè)的TCP報(bào)文段。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。TCP首部20字節(jié)固定首部目的端口數(shù)據(jù)偏移檢驗(yàn)和選項(xiàng)（長度可變）源端口序號緊急指針窗口確認(rèn)號保留FINSYNRSTPSHACKURG位08162431填充填充字段——這是為了使整個(gè)首部長度是4字節(jié)的整數(shù)倍。6.3.3TCP的連接和釋放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，也不是傳輸層的協(xié)議端口。TCP連接的端點(diǎn)叫做套接字(socket)或插口。端口號拼接到(contatenatedwith)IP地址即構(gòu)成了套接字。套接字(socket)套接字socket=(IP地址:端口號)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：TCP連接::={socket1,socket2}={(IP1:port1),(IP2:port2)}同一個(gè)名詞socket

有多種不同的意思應(yīng)用編程接口

API

稱為socketAPI,簡稱為socket。socketAPI中使用的一個(gè)函數(shù)名也叫作socket。調(diào)用socket函數(shù)的端點(diǎn)稱為socket。調(diào)用socket函數(shù)時(shí)其返回值稱為socket描述符，可簡稱為socket。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中連網(wǎng)協(xié)議的Berkeley實(shí)現(xiàn)，稱為socket實(shí)現(xiàn)。傳輸連接的三個(gè)階段

傳輸連接就有三個(gè)階段，即：連接建立、數(shù)據(jù)傳送和連接釋放。傳輸連接的管理就是使傳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)鬏攲?shí)體資源（如緩存大小，連接表中的項(xiàng)目等）進(jìn)行分配。客戶服務(wù)器方式TCP連接的建立都是采用客戶服務(wù)器方式。主動發(fā)起連接建立的應(yīng)用進(jìn)程叫做客戶(client)。被動等待連接建立的應(yīng)用進(jìn)程叫做服務(wù)器(server)。

用三次握手建立TCP連接

SYN=1,seq=xCLOSEDCLOSED主動打開被動打開AB客戶服務(wù)器1TCP的連接建立A的TCP向B發(fā)出連接請求報(bào)文段，其首部中的同步位SYN=1，并選擇序號seq=x，表明傳送數(shù)據(jù)時(shí)的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序號是x。

用三次握手建立TCP連接

SYN=1,seq=xCLOSEDCLOSED主動打開被動打開AB客戶服務(wù)器1TCP的連接建立SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x1

B的TCP收到連接請求報(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SYN=1，使ACK=1，其確認(rèn)號ack=x1，自己選擇的序號seq=y。SYN=1,seq=xACK=1,seq=x+1,ack=y1CLOSEDCLOSED主動打開被動打開AB客戶服務(wù)器SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x1

A收到此報(bào)文段后向B給出確認(rèn)，其ACK=1，確認(rèn)號ack=y1。

A的TCP通知上層應(yīng)用進(jìn)程，連接已經(jīng)建立。SYN=1,seq=xACK=1,seq=x+1,ack=y1CLOSEDCLOSED數(shù)據(jù)傳送主動打開被動打開AB客戶服務(wù)器SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x1

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。SYN-SENTESTAB-LISHEDSYN-RCVDLISTENESTAB-LISHED

用三次握手建立TCP連接的各狀態(tài)

SYN=1,seq=xACK=1,seq=x+1,ack=y1CLOSEDCLOSED數(shù)據(jù)傳送主動打開被動打開AB客戶服務(wù)器1TCP的連接建立SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x1FIN=1,seq=uCLOSED主動關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器CLOSED2TCP的連接釋放數(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)，主動關(guān)閉TCP

連接。

A把連接釋放報(bào)文段首部的FIN=1，其序號

seq=u，等待B的確認(rèn)。FIN=1,seq=uACK=1,seq=v,ack=u1主動關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器2TCP的連接釋放

B發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)號ack=u1，而這個(gè)報(bào)文段自己的序號seq=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，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。FIN=1,seq=uACK=1,seq=v,ack=u1FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u1主動關(guān)閉被動關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送2TCP的連接釋放若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。FIN=1,seq=uACK=1,seq=v,ack=u1FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u1主動關(guān)閉被動關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送2TCP的連接釋放

A收到連接釋放報(bào)文段后，必須發(fā)出確認(rèn)。ACK=1,seq=u+1,ack=w1FIN=1,seq=uACK=1,seq=v,ack=u1FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u1主動關(guān)閉被動關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送2TCP的連接釋放在確認(rèn)報(bào)文段中ACK=1，確認(rèn)號ack

w1，自己的序號seq=u+1。ACK=1,seq=u+1,ack=w1CLOSEDACK=1,seq=u+1,ack=w1FIN=1,seq=uACK=1,seq=v,ack=u1FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u1FIN-WAIT-1CLOSE-WAITFIN-WAIT-2LAST-ACK等待2MSLTIME-WAIT主動關(guān)閉被動關(guān)閉數(shù)據(jù)傳送通知應(yīng)用進(jìn)程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送CLOSED5.9.2TCP的連接釋放TCP連接必須經(jīng)過時(shí)間2MSL后才真正釋放掉。A必須等待2MSL的時(shí)間第一，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)新的連接中不會出現(xiàn)這種舊的連接請求報(bào)文段。3TCP的有限狀態(tài)機(jī)TCP有限狀態(tài)機(jī)的圖中每一個(gè)方框都是TCP可能具有的狀態(tài)。每個(gè)方框中的大寫英文字符串是TCP標(biāo)準(zhǔn)所使用的TCP連接狀態(tài)名。狀態(tài)之間的箭頭表示可能發(fā)生的狀態(tài)變遷。箭頭旁邊的字，表明引起這種變遷的原因，或表明發(fā)生狀態(tài)變遷后又出現(xiàn)什么動作。圖中有三種不同的箭頭。粗實(shí)線箭頭表示對客戶進(jìn)程的正常變遷。粗虛線箭頭表示對服務(wù)器進(jìn)程的正常變遷。另一種細(xì)線箭頭表示異常變遷。TCP

的

有

限

狀

態(tài)

機(jī)CLOSEDESTABLISHEDLISTENCLOSE_WAITFIN_WAIT_1SYN_RCVDFIN_WAIT_2CLOSINGTIME_WAITSYN_SENTLAST_ACK主動打開被動打開被動關(guān)閉主動關(guān)閉起點(diǎn)被動打開主動打開發(fā)送SYN同時(shí)打開收到SYN，發(fā)送SYN,ACK收到ACK數(shù)據(jù)傳送階段關(guān)閉發(fā)送FIN關(guān)閉發(fā)送FIN關(guān)閉發(fā)送FIN收到RST收到SYN發(fā)送SYN,ACK關(guān)閉或超時(shí)收到ACK收到SYN,ACK發(fā)送ACK收到ACK收到ACK收到FIN發(fā)送ACK收到FIN,ACK發(fā)送ACK收到FIN發(fā)送ACK同時(shí)關(guān)閉收到FIN發(fā)送ACK發(fā)送SYN定時(shí)經(jīng)過兩倍報(bào)文段壽命后關(guān)閉6.3.4可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?/p>

停止等待協(xié)議

(a)無差錯情況A發(fā)送M1確認(rèn)M1B發(fā)送M2發(fā)送M3確認(rèn)M2確認(rèn)M3A發(fā)送M1B超時(shí)重傳M1發(fā)送M2確認(rèn)M1丟棄有差錯的報(bào)文(b)超時(shí)重傳tttt請注意在發(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。分組和確認(rèn)分組都必須進(jìn)行編號。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)間更長一些。確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到A發(fā)送M1B超時(shí)重傳M1發(fā)送M2丟棄重復(fù)的M1重傳確認(rèn)M1(a)確認(rèn)丟失確認(rèn)M1A發(fā)送M1B超時(shí)重傳M1發(fā)送M2丟棄重復(fù)的M1重傳確認(rèn)M1(b)確認(rèn)遲到確認(rèn)M1收下遲到的確認(rèn)但什么也不做tttt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)議常稱為自動重傳請求ARQ(AutomaticRepeatreQuest)。ARQ表明重傳的請求是自動進(jìn)行的。接收方不需要請求發(fā)送方重傳某個(gè)出錯的分組。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。TDRTTATD+RTT+TAB分組確認(rèn)tt分組確認(rèn)信道的利用率U

(6-3)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。B分組ttAACK連續(xù)ARQ協(xié)議123456789101112(a)發(fā)送方維持發(fā)送窗口（發(fā)送窗口是5）發(fā)送窗口(b)收到一個(gè)確認(rèn)后發(fā)送窗口向前滑動向前123456789101112發(fā)送窗口累積確認(rèn)接收方一般采用累積確認(rèn)的方式。即不必對收到的分組逐個(gè)發(fā)送確認(rèn)，而是對按序到達(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。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?？梢姰?dāng)通信線路質(zhì)量不好時(shí)，連續(xù)ARQ協(xié)議會帶來負(fù)面的影響。TCP可靠通信的具體實(shí)現(xiàn)TCP連接的每一端都必須設(shè)有兩個(gè)窗口——一個(gè)發(fā)送窗口和一個(gè)接收窗口。TCP的可靠傳輸機(jī)制用字節(jié)的序號進(jìn)行控制。TCP所有的確認(rèn)都是基于序號而不是基于報(bào)文段。TCP兩端的四個(gè)窗口經(jīng)常處于動態(tài)變化之中。TCP連接的往返時(shí)間RTT也不是固定不變的。需要使用特定的算法估算較為合理的重傳時(shí)間。1、TCP可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

以字節(jié)為單位的滑動窗口前移不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A的發(fā)送窗口=20允許發(fā)送的序號26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556B期望收到的序號前沿后沿前移收縮根據(jù)B給出的窗口值A(chǔ)構(gòu)造出自己的發(fā)送窗口TCP標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈不贊成發(fā)送窗口前沿向后收縮不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A的發(fā)送窗口位置不變允許發(fā)送但尚未發(fā)送262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3不允許接收已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)B的接收窗口允許接收26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556未按序收到可用窗口A發(fā)送了11個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)P3–P1=A的發(fā)送窗口（又稱為通知窗口）P2–P1=已發(fā)送但尚未收到確認(rèn)的字節(jié)數(shù)P3–P2=允許發(fā)送但尚未發(fā)送的字節(jié)數(shù)（又稱為可用窗口）允許發(fā)送但尚未發(fā)送A的發(fā)送窗口向前滑動262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送并收到確認(rèn)不允許發(fā)送已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3允許接收B的接收窗口向前滑動262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)不允許接收56未按序收到A收到新的確認(rèn)號，發(fā)送窗口向前滑動先存下，等待缺少的數(shù)據(jù)的到達(dá)不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A的發(fā)送窗口已滿，有效窗口為零262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3A的發(fā)送窗口內(nèi)的序號都已用完，但還沒有再收到確認(rèn)，必須停止發(fā)送。發(fā)送緩存最后被確認(rèn)的字節(jié)發(fā)送應(yīng)用程序發(fā)送緩存最后發(fā)送的字節(jié)發(fā)送窗口已發(fā)送TCP序號增大接收緩存接收應(yīng)用程序已收到接收窗口TCP接收緩存下一個(gè)讀取的字節(jié)序號增大下一個(gè)期望收到的字節(jié)（確認(rèn)號）發(fā)送緩存與接收緩存的作用發(fā)送緩存用來暫時(shí)存放：

發(fā)送應(yīng)用程序傳送給發(fā)送方TCP準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)；TCP已發(fā)送出但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)。接收緩存用來暫時(shí)存放：

按序到達(dá)的、但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)；不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)。

需要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)A的發(fā)送窗口并不總是和B的接收窗口一樣大（因?yàn)橛幸欢ǖ臅r(shí)間滯后）。TCP標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定對不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理。通常是先臨時(shí)存放在接收窗口中，等到字節(jié)流中所缺少的字節(jié)收到后，再按序交付上層的應(yīng)用進(jìn)程。TCP要求接收方必須有累積確認(rèn)的功能，這樣可以減小傳輸開銷。2、超時(shí)重傳時(shí)間的選擇重傳機(jī)制是TCP中最重要和最復(fù)雜的問題之一。TCP每發(fā)送一個(gè)報(bào)文段，就對這個(gè)報(bào)文段設(shè)置一次計(jì)時(shí)器。只要計(jì)時(shí)器設(shè)置的重傳時(shí)間到但還沒有收到確認(rèn)，就要重傳這一報(bào)文段。往返時(shí)延的方差很大由于TCP的下層是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，IP數(shù)據(jù)報(bào)所選擇的路由變化很大。因而傳輸層的往返時(shí)間的方差也很大。時(shí)間數(shù)據(jù)鏈路層傳輸層T1T2T3往返時(shí)間的概率分布加權(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RTTS（這又稱為平滑的往返時(shí)間）。第一次測量到RTT樣本時(shí)，RTTS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RTTS：

新的RTTS

(1

)(舊的RTTS)

(新的RTT樣本)(5-4)式中，0

1。若很接近于零，表示RTT值更新較慢。若選擇接近于1，則表示RTT值更新較快。RFC2988推薦的值為1/8，即0.125。超時(shí)重傳時(shí)間RTO(RetransmissionTime-Out)

RTO應(yīng)略大于上面得出的加權(quán)平均往返時(shí)間RTTS。RFC2988建議使用下式計(jì)算RTO：RTORTTS+4RTTD(5-5)RTTD是RTT的偏差的加權(quán)平均值。RFC2988建議這樣計(jì)算RTTD。第一次測量時(shí)，RTTD值取為測量到的RTT樣本值的一半。在以后的測量中，則使用下式計(jì)算加權(quán)平均的RTTD：新的RTTD=(1

)(舊的RTTD)+

RTTS

新的RTT樣本(5-6)是個(gè)小于1的系數(shù)，其推薦值是1/4，即0.25。往返時(shí)間RTT?往返時(shí)間的測量相當(dāng)復(fù)雜TCP報(bào)文段1沒有收到確認(rèn)。重傳（即報(bào)文段2）后，收到了確認(rèn)報(bào)文段ACK。如何判定此確認(rèn)報(bào)文段是對原來的報(bào)文段1的確認(rèn)，還是對重傳的報(bào)文段2的確認(rèn)？發(fā)送一個(gè)TCP報(bào)文段超時(shí)重傳TCP報(bào)文段收到ACK時(shí)間12往返時(shí)間RTT?是對哪一個(gè)報(bào)文段的確認(rèn)？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RTTS和超時(shí)重傳時(shí)間RTO就較準(zhǔn)確。報(bào)文段每重傳一次，就把RTO增大一些：新的RTO

(舊的RTO)系數(shù)的典型值是2。當(dāng)不再發(fā)生報(bào)文段的重傳時(shí)，才根據(jù)報(bào)文段的往返時(shí)延更新平均往返時(shí)延RTT和超時(shí)重傳時(shí)間RTO的數(shù)值。實(shí)踐證明，這種策略較為合理。修正的Karn算法3、選擇確認(rèn)SACK

(SelectiveACK)

接收方收到了和前面的字節(jié)流不連續(xù)的兩個(gè)字節(jié)塊。如果這些字節(jié)的序號都在接收窗口之內(nèi)，那么接收方就先收下這些數(shù)據(jù)，但要把這些信息準(zhǔn)確地告訴發(fā)送方，使發(fā)送方不要再重復(fù)發(fā)送這些已收到的數(shù)據(jù)。110001501300035014500確認(rèn)號=1001L1=1501L2=3501R1=3001R1=4501接收到的字節(jié)流序號不連續(xù)……連續(xù)的字節(jié)流………第一個(gè)字節(jié)塊第二個(gè)字節(jié)塊和前后字節(jié)不連續(xù)的每一個(gè)字節(jié)塊都有兩個(gè)邊界：左邊界和右邊界。圖中用四個(gè)指針標(biāo)記這些邊界。第一個(gè)字節(jié)塊的左邊界L1=1501，但右邊界R1=3001。左邊界指出字節(jié)塊的第一個(gè)字節(jié)的序號，但右邊界減1才是字節(jié)塊中的最后一個(gè)序號。第二個(gè)字節(jié)塊的左邊界L2=3501，而右邊界R2=4501。RFC2018的規(guī)定如果要使用選擇確認(rèn)，那么在建立TCP連接時(shí)，就要在TCP首部的選項(xiàng)中加上“允許SACK”的選項(xiàng)，而雙方必須都事先商定好。如果使用選擇確認(rèn)，那么原來首部中的“確認(rèn)號字段”的用法仍然不變。只是以后在TCP報(bào)文段的首部中都增加了SACK選項(xiàng)，以便報(bào)告收到的不連續(xù)的字節(jié)塊的邊界。由于首部選項(xiàng)的長度最多只有40字節(jié)，而指明一個(gè)邊界就要用掉4字節(jié)，因此在選項(xiàng)中最多只能指明4個(gè)字節(jié)塊的邊界信息。6.4TCP的流量控制和擁塞控制

6.4.1利用滑動窗口實(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，這就會造成數(shù)據(jù)的丟失。流量控制(flowcontrol)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。利用滑動窗口機(jī)制可以很方便地在TCP連接上實(shí)現(xiàn)流量控制。seq=1,DATAseq=201,DATAseq=401,DATAseq=301,DATAseq=101,DATAseq=201,DATAseq=501,DATAACK=1,ack=201,rwnd=300ACK=1,ack=601,rwnd=0ACK=1,ack=501,rwnd=100AB允許A發(fā)送序號201至500共300字節(jié)A發(fā)送了序號101至200，還能發(fā)送200字節(jié)A發(fā)送了序號301至400，還能再發(fā)送100字節(jié)新數(shù)據(jù)A發(fā)送了序號1至100，還能發(fā)送300字節(jié)A發(fā)送了序號401至500，不能再發(fā)送新數(shù)據(jù)了A超時(shí)重傳舊的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送新的數(shù)據(jù)允許A發(fā)送序號501至600共100字節(jié)A發(fā)送了序號501至600，不能再發(fā)送了不允許A再發(fā)送（到序號600為止的數(shù)據(jù)都收到了）丟失！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)）”。持續(xù)計(jì)時(shí)器

(persistencetimer)。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連接的一方收到對方的零窗口通知，就啟動持續(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。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):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。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。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。6.4.2擁塞控制的原理及方法在某段時(shí)間，若對網(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。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。擁塞控制所起的作用提供的負(fù)載吞吐量理想的擁塞控制實(shí)際的擁塞控制0死鎖（吞吐量=0）無擁塞控制擁塞輕度擁塞擁塞控制的一般原理擁塞控制是很難設(shè)計(jì)的，因?yàn)樗且粋€(gè)動態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問題。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)正朝著高速化的方向發(fā)展，這很容易出現(xiàn)緩存不夠大而造成分組的丟失。但分組的丟失是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的征兆而不是原因。在許多情況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網(wǎng)絡(luò)性能惡化甚至發(fā)生死鎖的原因。這點(diǎn)應(yīng)特別引起重視。開環(huán)控制和閉環(huán)控制開環(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。閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念。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。幾種擁塞控制方法

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)。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)送方接收方發(fā)送M1確認(rèn)M1發(fā)送M2~M3確認(rèn)M2~M3發(fā)送M4~M7確認(rèn)M4~M7cwnd=1cwnd=2cwnd=4發(fā)送M8~M15cwnd=8…tt發(fā)送方每收到一個(gè)對新報(bào)文段的確認(rèn)（重傳的不算在內(nèi)）就使cwnd加1。輪次1輪次2輪次3傳輸輪次

(transmissionround)使用慢開始算法后，每經(jīng)過一個(gè)傳輸輪次，擁塞窗口cwnd就加倍。一個(gè)傳輸輪次所經(jīng)歷的時(shí)間其實(shí)就是往返時(shí)間RTT?！皞鬏斴喆巍备訌?qiáng)調(diào)：把擁塞窗口cwnd所允許發(fā)送的報(bào)文段都連續(xù)發(fā)送出去，并收到了對已發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)的確認(rèn)。例如，擁塞窗口cwnd=4，這時(shí)的往返時(shí)間RTT就是發(fā)送方連續(xù)發(fā)送4個(gè)報(bào)文段，并收到這4個(gè)報(bào)文段的確認(rèn)，總共經(jīng)歷的時(shí)間。設(shè)置慢開始門限狀態(tài)變量ssthresh慢開始門限ssthresh的用法如下：當(dāng)cwnd<ssthresh時(shí)，使用慢開始算法。當(dāng)cwnd>ssthresh時(shí)，停止使用慢開始算法而改用擁塞避免算法。當(dāng)cwnd=ssthresh時(shí)，既可使用慢開始算法，也可使用擁塞避免算法。擁塞避免算法的思路是讓擁塞窗口cwnd緩慢地增大，即每經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)間RTT就把發(fā)送方的擁塞窗口cwnd加1，而不是加倍，使擁塞窗口cwnd按線性規(guī)律緩慢增長。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)無論在慢開始階段還是在擁塞避免階段，只要發(fā)送方判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞（其根據(jù)就是沒有按時(shí)收到確認(rèn)），就要把慢開始門限ssthresh設(shè)置為出現(xiàn)擁塞時(shí)的發(fā)送方窗口值的一半（但不能小于2）。然后把擁塞窗口cwnd重新設(shè)置為1，執(zhí)行慢開始算法。這樣做的目的就是要迅速減少主機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)，使得發(fā)生擁塞的路由器有足夠時(shí)間把隊(duì)列中積壓的分組處理完畢。2216慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例當(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?！俺朔p小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例發(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。2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例在執(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。

2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例發(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。2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例接收端共發(fā)回兩個(gè)確認(rèn)。發(fā)送端每收到一個(gè)對新報(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。2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例發(fā)送端每收到一個(gè)對新報(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。2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例當(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。2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”傳輸輪次2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例假定擁塞窗口的數(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。傳輸輪次2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例更新后的ssthresh值變?yōu)?2（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。傳輸輪次2216“乘法減小”24681012141618200048122024擁塞窗口cwnd新的ssthresh值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞避免“加法增大”擁塞避免“加法增大”慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例當(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。傳輸輪次乘法減小

(multiplicativedecrease)

“乘法減小“是指不論在慢開始階段還是擁塞避免階段，只要出現(xiàn)一次超時(shí)（即出現(xiàn)一次網(wǎng)絡(luò)擁塞），就把慢開始門限值ssthresh設(shè)置為當(dāng)前的擁塞窗口值乘以0.5。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)擁塞時(shí)，ssthresh值就下降得很快，以大大減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。加法增大

(additiveincrease)

“加法增大”是指執(zhí)行擁塞避免算法后，在收到對所有報(bào)文段的確認(rèn)后（即經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)間），就把擁塞窗口cwnd增加一個(gè)MSS大小，使擁塞窗口緩慢增大，以防止網(wǎng)絡(luò)過早出現(xiàn)擁塞。必須強(qiáng)調(diào)指出“擁塞避免”并非指完全能夠避免了擁塞。利用以上的措施要完全避免網(wǎng)絡(luò)擁塞還是不可能的?！皳砣苊狻笔钦f在擁塞避免階段把擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞。2.快重傳和快恢復(fù)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。發(fā)送方只要一連收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)就應(yīng)當(dāng)立即重傳對方尚未收到的報(bào)文段。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。快重傳舉例發(fā)送方接收方發(fā)送M1確認(rèn)M1t確認(rèn)M2發(fā)送M2發(fā)送M3發(fā)送M4？發(fā)送M5發(fā)送M6重復(fù)確認(rèn)M2立即重傳M3重復(fù)確認(rèn)M2重復(fù)確認(rèn)M2t發(fā)送M7收到三個(gè)連續(xù)的對M2的重復(fù)確認(rèn)立即重傳M3丟失快恢復(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，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。24從連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)

轉(zhuǎn)入擁塞避免2468101214161820220048121620傳輸輪次擁塞窗口cwnd收到3個(gè)重復(fù)的確認(rèn)執(zhí)行快重傳算法慢開始“乘法減小”擁塞避免“加法增大”TCPReno版本TCPTahoe版本(已廢棄不用）ssthres