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CH5_传输层

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计算机网络计算机网络 http://BB.znufe.edu.cn 第五章第五章 传输层传输层 Date1 第 5 章 传输层 5.1 传输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信 5.1.2 传输层的两个主要协议 5.1.3 传输层的端口 5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述 5.2.2 UDP 的首部格式 Date2 第 5 章 传输层(续) 5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点 5.3.2 TCP 的连接 5.4 可靠传输的工作原理 5.4.1 停止等待协议 5.4.2 连续 ARQ 协议 5.5 TCP 报文段的首部格式 Date3 第 5 章 传输层(续) 5.6 TCP 可靠传输的实现 5.6.1 以字节为单位的滑动窗口 5.6.2 超时重传时间的选择 5.6.3 选择确认 SACK 5.7 TCP的流量控制 5.7.1 利用滑动窗口实现流量控制 5.7.1 必须考虑传输效率 Date4 第 5 章 传输层(续) 5.8 TCP 的拥塞控制 5.8.1 拥塞控制的一般原理 5.8.2 几种拥塞控制方法 5.8.3 随机早期检测 RED 5.9 TCP 的运输连接管理 5.9.1 TCP 的连接建立 5.9.2 TCP 的连接释放 5.9.3 TCP 的有限状态机 Date5 5.1 传输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信 w从通信和信息处理的角度看,传输层向 它上面的应用层提供通信服务,它属于 面向通信部分的最高层,同时也是用户 功能中的最低层。 w当网络的边缘部分中的两个主机使用网 络的核心部分的功能进行端到端的通信 时,只有位于网络边缘部分的主机的协 议栈才有传输层,而网络核心部分中的 路由器在转发分组时都只用到下三层的 功能。 Date6 传输层为相互通信的应用进程提供了 逻辑通信 5 4 3 2 1 传输层提供应用进程间的逻辑通信 主机 A主机 B 应用进程应用进程 路由器 1路由器 2 AP1 LAN2WAN AP2 AP3 AP4 IP 层 LAN1 AP1 AP2 AP4 端口 端口5 4 3 2 1 IP 协议的作用范围 传输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围 AP3 Date7 应用进程之间的通信 w两个主机进行通信实际上就是两个主机中的 应用进程互相通信。 w应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 w传输层的一个很重要的功能就是复用和分用 。应用层不同进程的报文通过不同的端口向 下交到传输层,再往下就共用网络层提供的 服务。 w“传输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑 通信”的意思是:传输层之间的通信好像是沿 水平方向传送数据。但事实上这两个传输层 之间并没有一条水平方向的物理连接。 Date8 传输层协议和网络层协议 的主要区别  应用进程 … 应用进程 … IP 协议的作用范围 (提供主机之间的逻辑通信) TCP 和 UDP 协议的作用范围 (提供进程之间的逻辑通信) 因 特 网 Date9 传输层的主要功能 w传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通 信(但网络层是为主机之间提供逻辑通信) 。 w传输层还要对收到的报文进行差错检测。 w传输层需要有两种不同的运输协议,即面向 连接的 TCP 和无连接的 UDP。 Date10 两种不同的运输协议 w传输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细 节(如网络拓扑、所采用的路由选择协议等 ),它使应用进程看见的就是好像在两个传 输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道 。 w当传输层采用面向连接的 TCP 协议时,尽管 下面的网络是不可靠的(只提供尽最大努力 服务),但这种逻辑通信信道就相当于一条 全双工的可靠信道。 w当传输层采用无连接的 UDP 协议时,这种逻 辑通信信道是一条不可靠信道。 Date11 TCP/IP 的传输层有两个不同的协议 : (1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol) 5.1.2 传输层的两个主要协议 Date12 w两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫 作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。 wTCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段 (segment) w UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户 数据报。 TCP 与 UDP Date13 TCP/IP 体系中的传输层协议 TCPUDP IP 应用层 与各种网络接口 传输层 Date14 TCP 与 UDP wUDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对 方的传输层在收到 UDP 报文后,不需要给出 任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付,但在 某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。 wTCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广 播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的、面 向连接的运输服务,因此不可避免地增加了 许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部 增大很多,还要占用许多的处理机资源。 Date15 还要强调两点 w传输层的 UDP 用户数据报与网际层的IP数据 报有很大区别。IP 数据报要经过互连网中许 多路由器的存储转发,但 UDP 用户数据报是 在传输层的端到端抽象的逻辑信道中传送的 。 wTCP 报文段是在传输层抽象的端到端逻辑信 道中传送,这种信道是可靠的全双工信道。 但这样的信道却不知道究竟经过了哪些路由 器,而这些路由器也根本不知道上面的传输 层是否建立了 TCP 连接。 Date16 5.1.3 传输层的端口 w运行在计算机中的进程是用进程标识符来标志的 。 w运行在应用层的各种应用进程却不应当让计算机 操作系统指派它的进程标识符。这是因为在因特 网上使用的计算机的操作系统种类很多,而不同 的操作系统又使用不同格式的进程标识符。 w为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程能 够互相通信,就必须用统一的方法对 TCP/IP 体系 的应用进程进行标志。 Date17 需要解决的问题 w由于进程的创建和撤销都是动态的,发 送方几乎无法识别其他机器上的进程。 w有时我们会改换接收报文的进程,但并 不需要通知所有发送方。 w我们往往需要利用目的主机提供的功能 来识别终点,而不需要知道实现这个功 能的进程。 Date18 端口号(protocol port number) 简称为端口(port) w解决这个问题的方法就是在传输层使用协议 端口号(protocol port number),或通常简称 为端口(port)。 w虽然通信的终点是应用进程,但我们可以把 端口想象是通信的终点,因为我们只要把要 传送的报文交到目的主机的某一个合适的目 的端口,剩下的工作(即最后交付目的进程 )就由 TCP 来完成。 Date19 软件端口与硬件端口 w在协议栈层间的抽象的协议端口是软件 端口。 w路由器或交换机上的端口是硬件端口。 w硬件端口是不同硬件设备进行交互的接 口,而软件端口是应用层的各种协议进 程与运输实体进行层间交互的一种地址 。 Date20 TCP 的端口 w端口用一个 16 位端口号进行标志。 w端口号只具有本地意义,即端口号只是 为了标志本计算机应用层中的各进程。 在因特网中不同计算机的相同端口号是 没有联系的。 Date21 三类端口 w熟知端口,数值一般为 0~1023。 w登记端口号,数值为1024~49151,为没有 熟知端口号的应用程序使用的。使用这个范 围的端口号必须在 IANA 登记,以防止重复 。 w客户端口号或短暂端口号,数值为 49152~65535,留给客户进程选择暂时使用 。当服务器进程收到客户进程的报文时,就 知道了客户进程所使用的动态端口号。通信 结束后,这个端口号可供其他客户进程以后 使用。 Date22 5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述 wUDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了 很少一点的功能,即端口的功能和差 错检测的功能。 w虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠 的交付,但 UDP 在某些方面有其特殊 的优点。 Date23 UDP 的主要特点 wUDP 是无连接的,即发送数据之前不 需要建立连接。 wUDP 使用尽最大努力交付,即不保证 可靠交付,同时也不使用拥塞控制。 wUDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控 制,很适合多媒体通信的要求。 wUDP 支持一对一、一对多、多对一和 多对多的交互通信。 wUDP 的首部开销小,只有 8 个字节。 Date24 面向报文的 UDP w发送方 UDP 对应用程序交下来的报文,在添 加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层 交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是 保留这些报文的边界。 w应用层交给 UDP 多长的报文,UDP 就照样 发送,即一次发送一个报文。 w接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据 报,在去除首部后就原封不动地交付上层的 应用进程,一次交付一个完整的报文。 w应用程序必须选择合适大小的报文。 Date25 UDP 是面向报文的 IP 数据报的数据部分IP 首部 IP 层 UDP 首部UDP 用户数据报的数据部分 传输层 应用层报文 应用层 Date26 5.2.2 UDP 的首部格式 伪首部源端口目的端口长 度检验和 数 据首 部 UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017 IP 数据报 字节 44112 122222字节 发送在前 数 据首 部 UDP 用户数据报 Date27 UDP 基于端口的分用 IP 层 UDP 数据报到达 端口 2端口 3端口 1 UDP 分用 Date28 伪首部源端口目的端口长 度检验和 数 据首 部 UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017 IP 数据报 字节 44112 122222字节 发送在前 数 据首 部UDP 用户数据报 用户数据报 UDP 有两个字段:数据字段和首部 字段。首部字段有 8 个字节,由 4 个字段组成, 每个字段都是两个字节。 Date29 伪首部源端口目的端口长 度检验和 数 据首 部 UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017 IP 数据报 字节 44112 122222字节 发送在前 数 据首 部UDP 用户数据报 在计算检验和时,临时把“伪首部”和 UDP 用户数据报 连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。 Date30 计算 UDP 检验和的例子 10011001 00010011 → 153.19 00001000 01101000 → 8.104 10101011 00000011 → 171.3 00001110 00001011 → 14.11 00000000 00010001 → 0 和 17 00000000 00001111 → 15 00000100 00111111 → 1087 00000000 00001101 → 13 00000000 00001111 → 15 00000000 00000000 → 0(检验和) 01010100 01000101 → 数据 01010011 01010100 → 数据 01001001 01001110 → 数据 01000111 00000000 → 数据和 0(填充) 10010110 11101101 → 求和得出的结果 01101001 00010010 → 检验和 153.19.8.104 171.3.14.11 12 字节 伪首部 8 字节 UDP 首部 7 字节 数据 填充 按二进制反码运算求和 将得出的结果求反码 全 0 17 15 1087 13 15 全 0 数据 数据 数据 数据 数据 数据 数据 全 0 Date31 5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点 wTCP 是面向连接的传输层协议。 w每一条 TCP 连接只能有两个端点 (endpoint),每一条 TCP 连接只能是点 对点的(一对一)。 wTCP 提供可靠交付的服务。 w TCP 提供全双工通信。 w面向字节流。 Date32 7 68H  TCP 面向流的概念  发送 TCP 报文段 发送方接收方 把字节写入 发送缓存 从接收缓存 读取字节 应用进程 应用进程 1 2 3 0 1817161514 19 20 21 45 131211H109 H 加上 TCP 首部 构成 TCP 报文段 TCPTCP 字节流字节流 H表示 TCP 报文段的首部 x表示序号为 x 的数据字节 TCP 连接 Date33 应当注意 wTCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连 接。 wTCP 对应用进程一次把多长的报文发送到TCP 的 缓存中是不关心的。 wTCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程 度来决定一个报文段应包含多少个字节(UDP 发送的报文长度是应用进程给出的)。 wTCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发 送出去。 Date34 5.3.2 TCP 的连接 wTCP 把连接作为最基本的抽象。 w每一条 TCP 连接有两个端点。 wTCP 连接的端点不是主机,不是主机的 IP 地址,不是应用进程,也不是传输 层的协议端口。TCP 连接的端点叫做套 接字(socket)或插口。 w端口号拼接到(contatenated with) IP 地址即构成了套接字。 Date35 套接字 (socket) 套接字 socket = (IP地址: 端口号) (5 -1) w每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两 个端点(即两个套接字)所确定。即: TCP 连接 ::= {socket1, socket2} = {(IP1: port1), (IP2: port2)} (5-2) Date36 同一个名词 socket 有多种不同的意思 w应用编程接口 API 称为 socket API, 简称为 socket 。 wsocket API 中使用的一个函数名也叫作 socket。 w调用 socket 函数的端点称为 socket。 w调用 socket 函数时其返回值称为 socket 描述符 ,可简称为 socket。 w在操作系统内核中连网协议的 Berkeley 实现,称 为 socket 实现。 Date37 5.4 可靠传输的工作原理 5.4.1 停止等待协议 (a) 无差错情况 A 发送 M1 确认 M1 B 发送 M2 发送 M3 确认 M2 确认 M3 A 发送 M1 B 超时重传 M1 发送 M2 确认 M1 丢弃有差错 的报文  (b) 超时重传 tttt Date38 请注意 w在发送完一个分组后,必须暂时保留已 发送的分组的副本。 w分组和确认分组都必须进行编号。 w超时计时器的重传时间应当比数据在分 组传输的平均往返时间更长一些。 Date39 确认丢失和确认迟到 A 发送 M1 B 超时 重传 M1 发送 M2 丢弃 重复的 M1 重传确认 M1  (a) 确认丢失 确认 M1 A 发送 M1 B 超时 重传 M1 发送 M2 丢弃 重复的 M1 重传确认M1  (b) 确认迟到 确认 M1 收下迟到 的确认 但什么也不做 tttt Date40 可靠通信的实现 w使用上述的确认和重传机制,我们就可 以在不可靠的传输网络上实现可靠的通 信。 w这种可靠传输协议常称为自动重传请求 ARQ (Automatic Repeat reQuest)。 wARQ 表明重传的请求是自动进行的。 接收方不需要请求发送方重传某个出错 的分组 。 Date41 信道利用率 w停止等待协议的优点是简单,但缺点是 信道利用率太低。 TDRTT A TD + RTT + TA B 分组 确认 t t 分组 确认 Date42 信道的利用率 U (5-3) Date43 流水线传输 w发送方可连续发送多个分组,不必每发完一个 分组就停顿下来等待对方的确认。 w由于信道上一直有数据不间断地传送,这种传 输方式可获得很高的信道利用率。 B 分组 t t A ACK Date44 5.4.2 连续 ARQ 协议 123456789101112 (a) 发送方维持发送窗口(发送窗口是 5) 发送窗口 (b) 收到一个确认后发送窗口向前滑动 向前 123456789101112 发送窗口 Date45 累积确认 w接收方一般采用累积确认的方式。即不 必对收到的分组逐个发送确认,而是对 按序到达的最后一个分组发送确认,这 样就表示:到这个分组为止的所有分组 都已正确收到了。 w累积确认有的优点是:容易实现,即使 确认丢失也不必重传。缺点是:不能向 发送方反映出接收方已经正确收到的所 有分组的信息。 Date46 Go-back-N(回退 N) w如果发送方发送了前 5 个分组,而中间 的第 3 个分组丢失了。这时接收方只能 对前两个分组发出确认。发送方无法知 道后面三个分组的下落,而只好把后面 的三个分组都再重传一次。 w这就叫做 Go-back-N(回退 N),表示 需要再退回来重传已发送过的 N 个分 组。 w可见当通信线路质量不好时,连续 ARQ 协议会带来负面的影响。 Date47 TCP 可靠通信的具体实现 wTCP 连接的每一端都必须设有两个窗口 ——一个发送窗口和一个接收窗口。 w TCP 的可靠传输机制用字节的序号进 行控制。TCP 所有的确认都是基于序号 而不是基于报文段。 w TCP 两端的四个窗口经常处于动态变 化之中。 wTCP连接的往返时间 RTT 也不是固定不 变的。需要使用特定的算法估算较为合 理的重传时间。 Date48 TCP 首部 20 字节的 固定首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N 32 位 S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 TCP 数据部分TCP 首部 TCP 报文段 IP 数据部分IP 首部 发送在前 5.5 TCP 报文段的首部格式 Date49 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是传输 层与应用层的服务接口。传输层的复用和分用功能都 要通过端口才能实现。 Date50 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 序号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流 中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指 的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。 Date51 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 确认号字段——占 4 字节,是期望收到对方的下一个 报文段的数据的第一个字节的序号。 Date52 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 数据偏移(即首部长度)——占 4 位,它指出 TCP 报文 段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数 据偏移”的单位是 32 位字(以 4 字节为计算单位)。 Date53 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 保留字段——占 6 位,保留为今后使用,但目前 应置为 0。 Date54 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 紧急 URG —— 当 URG  1 时,表明紧急指针字 段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据,应尽 快传送(相当于高优先级的数据)。 Date55 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 确认 ACK —— 只有当 ACK  1 时确认号字段才 有效。当 ACK  0 时,确认号无效。 Date56 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报 文段,就尽快地交付接收应用进程,而不再等到整个 缓存都填满了后再向上交付。 Date57 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 复位 RST (ReSeT) —— 当 RST  1 时,表明 TCP 连 接中出现严重差错(如由于主机崩溃或其他原因),必 须释放连接,然后再重新建立运输连接。 Date58 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 同步 SYN —— 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请 求或连接接受报文。 Date59 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 终止 FIN (FINis) —— 用来释放一个连接。FIN  1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕,并要求释 放运输连接。 Date60 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 窗口字段 —— 占 2 字节,用来让对方设置发送窗口的 依据,单位为字节。 Date61 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 检验和 —— 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括 首部和数据这两部分。在计算检验和时,要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。 Date62 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 紧急指针字段 —— 占 16 位,指出在本报文段中紧 急数据共有多少个字节(紧急数据放在本报文段数 据的最前面)。 Date63 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 比特 0 8 16 24 31 填 充 选项字段 —— 长度可变。TCP 最初只规定了一种 选项,即最大报文段长度 MSS。MSS 告诉对方 TCP:“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最 大长度是 MSS 个字节。” MSS (Maximum Segment Size) 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。 数据字段加上 TCP 首部 才等于整个的 TCP 报文段。 Date64 其他选项 w窗口扩大选项 ——占 3 字节,其中有一个字 节表示移位值 S。新的窗口值等于TCP 首部 中的窗口位数增大到(16 + S),相当于把窗 口值向左移动 S 位后获得实际的窗口大小。 w时间戳选项——占10 字节,其中最主要的字 段时间戳值字段(4 字节)和时间戳回送回 答字段(4 字节)。 w选择确认选项——在后面的 5.6.3 节介绍。 Date65 TCP 首部 20 字节 固定 首部 目 的 端 口 数据 偏移 检 验 和 选 项 (长 度 可 变) 源 端 口 序 号 紧 急 指 针 窗 口 确 认 号 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 填充字段 —— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的 整数倍。 Date66 5.6 TCP 可靠传输的实现 5.6.1 以字节为单位的滑动窗口 前移 不允许发送 已发送并 收到确认 A 的发送窗口 = 20 允许发送的序号 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 B 期望 收到的序号 前沿后沿 前移收缩 根据 B 给出的窗口值 A 构造出自己的发送窗口 TCP 标准强烈不赞成 发送窗口前沿向后收缩 Date67 不允许发送已发送并 收到确认 A 的发送窗口位置不变 允许发送但尚未发送 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 已发送但未收到确认 56 P1P2P3 不允许接收已发送确认 并交付主机 B 的接收窗口 允许接收 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 未按序收到 可用窗口 A 发送了 11 个字节的数据 P3 – P1 = A 的发送窗口(又称为通知窗口) P2 – P1 = 已发送但尚未收到确认的字节数 P3 – P2 = 允许发送但尚未发送的字节数(又称为可用窗口) Date68 允许发送但尚未发送 A 的发送窗口向前滑动 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 已发送并收到确认 不允许 发送 已发送 但未收到确认 56 P1P2P3 允许接收 B 的接收窗口向前滑动 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 已发送确认 并交付主机 不允许 接收 56 未按序收到 A 收到新的确认号,发送窗口向前滑动 先存下,等待缺少的 数据的到达 Date69 不允许 发送 已发送并收到确认 A 的发送窗口已满,有效窗口为零 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 已发送但未收到确认 56 P1P2 P3 A 的发送窗口内的序号都已用完, 但还没有再收到确认,必须停止发送。 Date70 发送缓存 最后被确认 的字节 发送应用程序 发送缓存 最后发送 的字节 发送窗口 已发送已发送 TCP 序号增大 Date71 接收缓存 接收应用程序 已收到 接收窗口 TCP 接收缓存 下一个读取 的字节 序号增大 下一个期望收到的 字节(确认号) Date72 发送缓存与接收缓存的作用 w发送缓存用来暂时存放: n 发送应用程序传送给发送方 TCP 准备发 送的数据; n TCP 已发送出但尚未收到确认的数据。 w接收缓存用来暂时存放: n 按序到达的、但尚未被接收应用程序读取 的数据; n 不按序到达的数据。 Date73 需要强调三点 wA 的发送窗口并不总是和 B 的接收窗口一样 大(因为有一定的时间滞后)。 wTCP 标准没有规定对不按序到达的数据应如 何处理。通常是先临时存放在接收窗口中, 等到字节流中所缺少的字节收到后,再按序 交付上层的应用进程。 wTCP 要求接收方必须有累积确认的功能,这 样可以减小传输开销。 Date74 5.6.2 超时重传时间的选择 w重传机制是 TCP 中最重要和最复杂的 问题之一。 wTCP 每发送一个报文段,就对这个报文 段设置一次计时器。只要计时器设置的 重传时间到但还没有收到确认,就要重 传这一报文段。 Date75 往返时延的方差很大 w由于 TCP 的下层是一个互联网环境,IP 数据 报所选择的路由变化很大。因而传输层的往 返时间的方差也很大。 时间 数据链路层 传输层 T1T2T3 往返时间的 概率分布 Date76 加权平均往返时间 wTCP 保留了 RTT 的一个加权平均往返时间 RTTS( 这又称为平滑的往返时间)。 w第一次测量到 RTT 样本时,RTTS 值就取为所测量到 的 RTT 样本值。以后每测量到一个新的 RTT 样本, 就按下式重新计算一次 RTTS: 新的 RTTS  (1  )  (旧的 RTTS)    (新的 RTT 样本) (5-4) w式中,0    1。若  很接近于零,表示 RTT 值更 新较慢。若选择  接近于 1,则表示 RTT 值更新较 快。 wRFC 2988 推荐的  值为 1/8,即 0.125。 Date77 超时重传时间 RTO (RetransmissionTime-Out) wRTO 应略大于上面得出的加权平均往返时间 RTTS。 wRFC 2988 建议使用下式计算 RTO: w RTO  RTTS + 4  RTTD (5-5) wRTTD 是 RTT 的偏差的加权平均值。 wRFC 2988 建议这样计算 RTTD。第一次测量时, RTTD 值取为测量到的 RTT 样本值的一半。在以后的 测量中,则使用下式计算加权平均的 RTTD: 新的 RTTD = (1  )  (旧的RTTD) +   RTTS  新的 RTT 样本 (5 -6) w 是个小于 1 的系数,其推荐值是 1/4,即 0.25。 Date78 往返时间 RTT? 往返时间的测量相当复杂 wTCP 报文段 1 没有收到确认。重传(即报文 段 2)后,收到了确认报文段 ACK。 w如何判定此确认报文段是对原来的报文段 1 的确认,还是对重传的报文段 2 的确认? 发送一个 TCP 报文段 超时重传 TCP 报文段 收到 ACK 时间 12 往返时间 RTT? 是对哪一个报文段 的确认? Date79 Karn 算法 w在计算平均往返时间 RTT 时,只要报 文段重传了,就不采用其往返时间样本 。 w这样得出的加权平均平均往返时间 RTTS 和超时重传时间 RTO 就较准确。 Date80 w报文段每重传一次,就把 RTO 增大一些: 新的 RTO 
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