TCP可靠传输实现原理

预备知识:TCP报文格式字段
1、分为首部和数据两部分,二十个字节固定首部;

     2、分析:

        1)两个字节源端口、两个字节目的端口;

        2)四个字节序号(报文段序号)、四个字节确认号(期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号);

        3)四位数据偏移、六位保留、六位控制位:紧急URG、确认ACK、推送PSH、复位RST、同步SYN、终止FIN;

        4)两字节窗口(窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据);

        5)两字节检验和(检验方法类似UDP,加伪首部)、两字节紧急指针(结合紧急控制位URG);

        6)最大四十个字节选项,包括MSS(最大报文段长度,默认536)、十字节时间戳(时间戳值、时间戳回送回答,计算RTT,防止序号绕回)等

一、理想条件:
传输信道不产生差错;与速度无关,接收方总能及时处理收到的数据。

二、简单的可靠传输:
停止等待协议:每发送完一个分组就停止发送,等待对方确认。收到确认再发送下一个分组。

    1、无差错情况;

    2、出现差错:设置超时计时器。   

        注意三点:1)发送方保留分组副本;2)分组和确认分组进行编号;3)超时计时器比平均往返时间长一些。

    3、确认丢失和确认迟到:

        超时。重新发送分组,接收方两个个操作:1)丢弃重复分组;2)向A发送确认;

     这种可靠传输机制也称ARQ(自动重传请求)

     特点:接收方不用请求发送方重传某个出错分组;信道利用率低。

     改进:连续ARQ协议(流水线传输)与滑动窗口协议

三、实际中的可靠传输:
1、滑动窗口协议:

        1)发送窗口与接收窗口不总是一样大;发送方和接收方各自维护一个发送窗口和接收窗口,单位是字节

        2)对于不按序到达的数据不丢弃,临时存放在接收窗口中;

        3)接收方必须有累计确认功能;

    2、超时重传时间的选择:TCP中记录发送时间和接收到的时间RTT

     平均往返时间RTT,加权平均往返时间RTTs

               新RTTs =(1 - a)*(旧的RTTs)+ a *(新的RTT样本)(0 <= a < 1,推荐0.125)

     超时重传时间RTO,RTT偏差的加权平均值RTTd

               RTO = RTTs + 4 x RTTd

               新的RTTd =(1 - y)*(旧的RTTd)+ y * |RTTs –新的RTT样本| (y推荐0.25)

     在计算平均加权RTTs时,只要报文段重传了,就不采用其往返时间样本。这样RTTs和RTO比较精确;

      3、选择确认SACK

如果收到的报文段无差错,只是未按序号,中间缺少一些序号数据。可以在首部添加选项“选择确认”记录缺少序号段的边界,在建立连接时协商。

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