TCP是如何保证可靠传输的
TCP 协议如何保证可靠传输
一、综述
1、确认和重传:接收方收到报文就会确认,发送方发送一段时间后没有收到确认就重传。
2、数据校验
3、数据合理分片和排序:
UDP:IP数据报大于1500字节,大于MTU.这个时候发送方IP层就需要分片(fragmentation).把数据报分成若干片,使每一片都小于MTU.而接收方IP层则需要进行数据报的重组.这样就会多做许多事情,而更严重的是,由于UDP的特性,当某一片数据传送中丢失时,接收方便无法重组数据报.将导致丢弃整个UDP数据报.
tcp会按MTU合理分片,接收方会缓存未按序到达的数据,重新排序后再交给应用层。
4、流量控制:当接收方来不及处理发送方的数据,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。
5、拥塞控制:当网络拥塞时,减少数据的发送。
二、滑动窗口
上面笼统地说了tcp保证可靠传输的机制,下面说说如何用滑动窗口来实现。
为什么要使用滑动窗口
因为发送端希望在收到确认前,继续发送其它报文段。比如说在收到0号报文的确认前还发出了1-3号的报文,这样提高了信道的利用率。但可以想想,0-4发出去后可能要重传,所以需要一个缓冲区维护这些报文,所以就有了窗口。
RTT:往返时间。
窗口是什么
接收窗口:
“接收窗口”大小取决于应用(比如说tomcat:8080端口的监听进程)、系统、硬件的限制。图中,接收窗口是31~50,大小为20。
在接收窗口中,黑色的表示已收到的数据,白色的表示未收到的数据。
当收到窗口左边的数据,如27,则丢弃,因为这部分已经交付给主机;
当收到窗口左边的数据,如52,则丢弃,因为还没轮到它;
当收到已收到的窗口中的数据,如32,丢弃;
当收到未收到的窗口中的数据,如35,缓存在窗口中。
发送窗口:
发送窗口的大小swnd=min(rwnd,cwnd)。rwnd是接收窗口,cwnd用于拥塞控制,暂时可以理解为swnd= rwnd =20。
图中分为四个区段,其中P1到P3是发送窗口。
tips:发送窗口以字节为单位。为了方便画图,图中展示得像以报文为单位一样。但这不影响理解。
三、重传和确认
什么时候发确认:这是一个复杂的策略。我们这里先简单地认为每收到一个报文就发一个确认。
怎么确认(累计确认):
情况1:发送ack=31(为什么这个也要发,这个确认可以用于后面的拥塞控制)
情况2:发送ack=34,并把接收窗口左边缘设置成34,右边缘设置成53
累计确认的好处:情况1中ack=31比描述收到32和33简单;坏处:可能要重传已经接收的数据。
发送方收到确认时怎么处理:
情况1:收到ack=31,什么都不做,或者说继续发送可用窗口中的内容,如42~50
情况2:收到ack=34,发送窗口窗口的左边缘设置成34,右边缘设置成53
什么时候重传:因为每个报文都有超时计数器,超时才重传。超时重传时间的选择也是一个策略。
tcp缓存和窗口的关系:窗口是缓存的一部分。
发送缓存=发送窗口+ P3右边的一部分
接收缓存=接收窗口+部分已确认但主机还没处理完的数据。
四、流量控制
一图流,简单来说就是接收方处理不过来的时候,就把窗口缩小,并把窗口值告诉发送端。
当窗口值为0,而接受方把窗口值恢复(比如ACK=1,ack=601,rwnd=200),但确认丢失,进入相互等待的死锁局面。所以如果窗口值为0,发送端就会开启一个持续计数器,每个一段时间询问一下接收方。
五、拥塞控制
swnd=min(rwnd,cwnd),cwnd就是拥塞窗口大小。
慢开始和拥塞避免
ssthresh:处理拥塞时参照的一个参数。例子中初始值为16,后来变为12。
当cwnd> ssthresh,cwnd以慢开始的方法指数增长;
当cwnd< ssthresh,cwnd以拥塞避免的方法线性增长。
值得注意的几个点
1上图是cwnd随传输轮次的变化,每过一个RTT就算一轮。
2超时就可以认为是拥塞了
快重传和快恢复:上一个算法的加强版
快重传:收到3个同样的确认就立刻重传,不等到超时;
快恢复:cwnd不是从1重新开始。
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