CN-TCP-1

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TCP概述

TCP 概述

点对点

一个发送方一个接收方

可靠的、按照顺序的字节流

流水线机制

• TCP拥塞控制和流量控制机制设置窗口尺寸。

发送方/接收方缓存0

全双工（full-duplex）

同一链接中能够传输双向数据流

面向连接

通信双方在发送数据之前必须建立连接

连接状态只在链接的两端中维护，在沿途节点中并不维护状态

TCP连接包括 两台主机上的缓存、连接状态变量、socket等

流量控制机制

TCP段的结构

第一行：源端口号，目的端口号

段序列号和ACK的数据

U：URGENT 代表紧急数据
A：ACK 代表是否有效
P：PUSH DATA NOW 没有用处
R：RST
S：SYN
F：FIN
checksum：代表校验和

序列号

• 序列号是segment中第一个字节的编号，而不是segment的编号
• 建立TCP的时候，双方随机选择序列号

ACKs:

• 希望接收到的下一个字节的序列号
• 累计确认，该序列号之前的所有字节都已经被正确收到

Q：接收方是怎么处理乱序到达的Segment?

A: TCP 规范中没有规定，由TCP的实现者做出决策

有两台主机，两个之间进行远程登陆的功能 telnet

〽️ 之前已经建立了连接

• 当主机A用户输入一个C之后，会产生一个序列号的段。(Seq=42,ACK=79（期望收到的）,data=’C’)
• 返回来的段中的内容是Seq=79,ACK=43,data=’C’
• 主机会再发送一个确认，Seq=43,ACK=80.

TCP的可靠数据传输

TCP在IP层里面提供的服务的不可靠服务基础上实现可靠数据传输服务

流水线机制

累计确认

TCP使用单一重传定时器

触发重传的时间

• 超时
• 收到重复的ACK

TCP RTT和超时

问题：怎么设置定时器的超时时间？

可以使用RTT来作为一个标尺来定下TCP的超时时间

过短就会产生不必要的重传

如果过长就会对段丢失的时间反应比较慢

问题：怎么估计RTT？

SampleRTT：测量从段发出去到收到ACK 的时间

• 忽略重传

SampleRTT变化

• 测量多个SampleRTT，求平均值，形成RTT的估计值

使用指数加权移动平均的方法：

EstimatedRTT = (1 - $\alpha$) * EstimatedRTT + $\alpha$ * SampleRTT

典型值就是0.125

定时器超时时间的设置

• EstimatedRTT +”安全边界”
• EstimatedRTT变化大 $\rightarrow$ 较大的边界

测量RTT值的变化：SampleRTT和EstimatedRTT的差值

DevRTT = (1-$\beta$) * DevRTT + $\beta$ * | SampRTT-EstimatedRTT |

Typically, $\beta$ = 0,25

定时器超时时间的设置

TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4 * DevRTT

TCP发送方的事件

从应用层收到数据

• 创建Segment
• 序列号是Segment第一个字节的编号
• 开启计时器
• 设置超时时间：TimOutInterval

超时

• 重传引起超时的Segment
• 重启定时器

收到ACK

如果确认此前未确认的Segment

• 更新SendBase
• 如果窗口中还有没有被确认的分组，重新启动定时器

TCP重传示例如上：此时返回的时候ACK发生丢失，主机发生Timeout事件，此时重新接受，同样会使用ACK100来进行回复

两个数据相近的发出，这个Timeout间隔设置的短了，所以就会发生重传，注意，此时重新传回来的数据应该是ACK120

如果没有收到100，但是收到了ACK120，同样是把SendBase来设置为120.

TCP ACK的生成 ： RFC 1122,RFC 2581

Event at Receiver	TCP Receiver action
Arrival of in-order segment with expected seq # All data up to expected seq # already ACKed	Delayed ACK.Wait up to 500ms for next segment. If no next segment send ACK
Arrival of in-order segment with expected seq # One other segment has ACK pending	Immediately send single cumulative ACK. ACKing both inorder segments
Arrival of out-of-order segment higher-the expect seq # Gap detected	Immediately send duplicate ACK,indicating seq # of next expected byte
Arrival of segment that partitially of completely fills gap	Immediately send ACK,provided that segment startset lower end of gap

快速重传机制

TCP的实现中，如果发生超时，超时的事件间隔将重新设置，即将超时时间间隔加倍，导致很大。

• 重发丢失的分组之前要等待很长时间

通过重复ACK检测分组丢失

• Sender 会背靠背的发送多个分组
• 如果某个分组丢失，可能会引起多个重复的ACK

入宫Sender收到对同一个数据的3个ACK，那么久假定数据之后的段已经丢失

快速重传：在定时器超时之前就进行重传！利用多个重复的ACK