《计算机网络笔记》——TCP

《计算机网络笔记》——TCP

参考资料：刘超老师的《趣谈网络协议》、王道考研《计算机网络》

TCP的特点

• 面向连接：三次握手、四次挥手
• 有序可靠：累次确认、丢失重传、超时重传
• 点到点：运输层解决不同主机进程通信问题，但实际上TCP连接的是进程的端口
• 窗口和RTT动态变化
• 全双工通信：TCP连接的每一端都有两个窗口：发送窗口与接收窗口
• 面向字节流

面向字节流

应用层将信息变成二进制流，再发给传输层。传输层再将二进制流变成数据报发送出去。

因为是面向字节流，因此TCP的传输机制是根据字节的序号进行的，而不是报文段。

TCP会根据对方的窗口大小以及信道拥塞程度，来决定发送多大字节的报文段。

TCP报文段 首部

• 端口
• 序号
• 确认号
• 数据偏移、保留、标识、窗口
• 校验、紧急

32bits * 5 = 20 字节，固定首部为20字节 。还有4字节是选项和填充字段，用来保持TCP首部长度。因此共24字节。

序号字段

序号就是报文段的序号。报文被分隔成很多的报文段，每一段的报文段的序号就是该段第一个字节的序号。注意是以字节为单位。

确认号字段

就是我想要从对方得到的报文段的序号，主要用于告诉对方下一次应该发什么给自己。

注意因为是用‘C’传递，所以Seq才会递增1的，具体的Seq号还得看数据的大小

状态标识字段 SYN 与 FIN

用于连接过程。SYN置为1表示请求建立连接，FIN置为1表示请求断开连接

数据缓存

发送方缓存

• 准备发送的数据
• 已发送未确认的数据

接收方缓存

• 按序到达，还没上交给应用层的数据
• 不按序到达的数据

TCP的功能

• 连接
• 可靠传输
• 流量控制
• 拥塞控制

连接过程 三次握手

• 客户发送一个SYN报文段，表示我想请求与你连接
• 服务器会从该数据报中提取出TCP SYN 报文段，为该TCP连接分配TCP缓存和变量，并向该客户TCP发送允许连接的报文段，表示我同意与你连接，这个报文段称作SYNACK报文段
• 客户接收到SYNACK报文段后，也会为TCP连接分配TCP缓存和变量，同时再发送一个报文段给服务器，告诉它我收到了你同意与我连接的信息了。

初始序号ISN

为什么不能两次握手

四次挥手

MSL

报文在网络中存在的最长时间，超过这个时间报文就要被抛弃。

为什么要等待2MSL？

• 保证最后一个ACK报文到达
• 防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中

可靠传输

对于失序的报文段，没有明确的处理办法，具体看编程人员怎么处理。

累次确认

丢失重传

超时重传

ACK发送时机

快速重传

当连续接到3个重复的ACK（注意是不包括原数据的那个ACK），发送方马上重传。

选择确认 SACK

在双方赞同的情况下，可以使用SR协议。

如果使用选择确认，那么原来首部中的“确认号字段”的用法仍然不变。只是以后在 TCP 报文段的首部中都增加了 SACK 选项，以便报告收到的不连续的字节块的边界。

往返时间的估计与超时 往返时间的估计

上一次估计值与本轮观测值的加权和

时间间隔设定多久为超时？ 往返时间+安全边界值

karn算法

流量控制

通过接收方告诉发送方自己的窗口大小，让发送端设计合适的窗口大小来发送分组，保证速度匹配。

变量解释

• rwnd：接收窗口，接收方设置，并发送给发送方让其进行维护
• RcvBuffer：接收缓存，由接收方来维护
• LastByteRead：主机B上的应用进程从缓存读出的数据流的最后一个字节的编号，即缓存中第一个数据字节编号-1
• LastByteRcvd：从网络中到达的并且已放入主机B接收缓存中的数据流的最后一个字节的编号，即缓存中最后一个数据的字节编号

设置接收窗口

//接收窗口计算公式
spare room in buffer

= RcvWindow

= RcvBuffer-[LastByteRcvd - LastByteRead]

发送方维护一个接收窗口（变量），接收窗口用来告诉发送方接收方还有多少可用的缓存空间；当发送方知道接收方缓存空间用完时，即接收窗口为0，发送方就不发了。现在问题就来了，接收方会逐渐清理缓存，但发送方并不知道接收方什么时候清理，那样就会出现死锁状态

通过持续计时器打破死锁

发送方的接收窗口为0时，会启动持续计时器，计时器结束就会发送一个窗口探测报文段，接收方确认这个探测报文段时，就返回了它现在缓存空间的大小，如果还是0，那么重复执行这个 *** 作，直到不为0时，发送方就可以发送报文段了.

优化

只靠持续计时器，效率太低了，因此又加了两种方式来提高效率：

• 第一种机制是 TCP 维持一个变量，它等于最大报文段长度 MSS。只要缓存中存放的数据达到 MSS 字节时，就组装成一个 TCP 报文段发送出去。
• 第二种机制是由发送方的应用进程指明要求发送报文段，即 TCP 支持的推送(push) *** 作

拥塞控制

当出现以下两种情况时，一般认为发送了拥塞：

• 超时
• 连续接收三个重复的ACK

拥塞窗口

拥塞窗口指发送端在一个RTT内可以最多发送的数据包数

发送窗口

拥塞控制算法

• 慢开始
• 拥塞避免
• 快重传
• 快恢复

慢开始算法

拥塞避免算法

慢开始与拥塞避免的搭配使用

快重传算法

发送方：

• 只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段
• 每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认。这样做可以让发送方及早知道有报文段没有到达接收方。

接收方：

• 每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认。这样做可以让发送方及早知道有报文段没有到达接收方。

快恢复算法

快重传与快恢复算法的搭配使用

注意一点，计算机网络中，慢开始+拥塞避免是必须存在的，而快开始和快恢复是为了提高效率，有则更好。

BBR 拥塞算法

拥塞控制的两个不合理点：

• 拥塞判断不够合理，公网上带宽不满也会丢包，并不一定是拥塞。
• 填满才认为会发生丢包，太晚了。这样有可能会把缓存也填满。

TCP状态机