CH5-6ed運(yùn)輸層

1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 6 版）第 5 章 運(yùn)輸層1第 5 章 運(yùn)輸層 5.1 運(yùn)輸層協(xié)議概述 5.1.1 進(jìn)程之間的通信 5.1.2 運(yùn)輸層的兩個主要協(xié)議 5.1.3 運(yùn)輸層的端口5.2 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP 5.2.1 UDP 概述5.2.2 UDP 的首部格式第 5 章 運(yùn)輸層（續(xù)）5.3 傳輸控制協(xié)議 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特點(diǎn) 5.3.2 TCP 的連接5.4 可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?5.4.1 停止等待協(xié)議 5.4.2 連續(xù) ARQ 協(xié)議5.5 TCP 報文段的首部格式第 5 章 運(yùn)輸層（續(xù)）5.6 TCP 可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn) 5.6.1 以字節(jié)為單位的滑動窗口 5.6.2

2、超時重傳時間的選擇 5.6.3 選擇確認(rèn) SACK5.7 TCP的流量控制 5.7.1 利用滑動窗口實(shí)現(xiàn)流量控制 5.7.1 必須考慮傳輸效率第 5 章 運(yùn)輸層（續(xù)）5.8 TCP 的擁塞控制 5.8.1 擁塞控制的一般原理 5.8.2 幾種擁塞控制方法 5.8.3 隨機(jī)早期檢測 RED5.9 TCP 的運(yùn)輸連接管理 5.9.1 TCP 的連接建立 5.9.2 TCP 的連接釋放 5.9.3 TCP 的有限狀態(tài)機(jī) 5.1 運(yùn)輸層協(xié)議概述5.1.1 進(jìn)程之間的通信從通信和信息處理的角度看，運(yùn)輸層向它上面的應(yīng)用層提供通信效勞，它屬于面向通信局部的最高層，同時也是用戶功能中的最低層。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣局部

3、中的兩個主機(jī)使用網(wǎng)絡(luò)的核心局部的功能進(jìn)行端到端的通信時，只有位于網(wǎng)絡(luò)邊緣局部的主機(jī)的協(xié)議棧才有運(yùn)輸層，而網(wǎng)絡(luò)核心局部中的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時都只用到下三層的功能。 運(yùn)輸層為相互通信的應(yīng)用進(jìn)程提供了邏輯通信 54321運(yùn)輸層提供給用進(jìn)程間的邏輯通信主機(jī) A主機(jī) B應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 層LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 協(xié)議的作用范圍運(yùn)輸層協(xié)議 TCP 和 UDP 的作用范圍AP3應(yīng)用進(jìn)程之間的通信兩個主機(jī)進(jìn)行通信實(shí)際上就是兩個主機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)程互相通信。 應(yīng)用進(jìn)程之間的通信又稱為端到端的通信。 運(yùn)輸層的一個很重要的功能就是復(fù)

4、用和分用。應(yīng)用層不同進(jìn)程的報文通過不同的端口向下交到運(yùn)輸層，再往下就共用網(wǎng)絡(luò)層提供的效勞?！斑\(yùn)輸層提供給用進(jìn)程間的邏輯通信。“邏輯通信的意思是：運(yùn)輸層之間的通信好似是沿水平方向傳送數(shù)據(jù)。但事實(shí)上這兩個運(yùn)輸層之間并沒有一條水平方向的物理連接。運(yùn)輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要區(qū)別 應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程IP 協(xié)議的作用范圍（提供主機(jī)之間的邏輯通信）TCP 和 UDP 協(xié)議的作用范圍（提供進(jìn)程之間的邏輯通信）因 特 網(wǎng)運(yùn)輸層的主要功能 運(yùn)輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信（但網(wǎng)絡(luò)層是為主機(jī)之間提供邏輯通信）。運(yùn)輸層還要對收到的報文進(jìn)行過失檢測。運(yùn)輸層需要有兩種不同的運(yùn)輸協(xié)議，即面向連接的 TCP 和無連接

5、的 UDP。 兩種不同的運(yùn)輸協(xié)議運(yùn)輸層向高層用戶屏蔽了下面網(wǎng)絡(luò)核心的細(xì)節(jié)（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、所采用的路由選擇協(xié)議等），它使應(yīng)用進(jìn)程看見的就是好似在兩個運(yùn)輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。當(dāng)運(yùn)輸層采用面向連接的 TCP 協(xié)議時，盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的（只提供盡最大努力效勞），但這種邏輯通信信道就相當(dāng)于一條全雙工的可靠信道。當(dāng)運(yùn)輸層采用無連接的 UDP 協(xié)議時，這種邏輯通信信道是一條不可靠信道。 TCP/IP 的運(yùn)輸層有兩個不同的協(xié)議：(1) 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP (User Datagram Protocol)(2) 傳輸控制協(xié)議 TCP (Transmission Control Prot

6、ocol)5.1.2 運(yùn)輸層的兩個主要協(xié)議 兩個對等運(yùn)輸實(shí)體在通信時傳送的數(shù)據(jù)單位叫作運(yùn)輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。TCP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是 TCP 報文段(segment) UDP 傳送的數(shù)據(jù)單位協(xié)議是 UDP 報文或用戶數(shù)據(jù)報。 TCP 與 UDP TCP/IP 體系中的運(yùn)輸層協(xié)議 TCPUDPIP應(yīng)用層與各種網(wǎng)絡(luò)接口運(yùn)輸層TCP 與 UDP UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對方的運(yùn)輸層在收到 UDP 報文后，不需要給出任何確認(rèn)。雖然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情況下 UDP 是一種最有效的工作方式。TCP 則提

7、供面向連接的效勞。TCP 不提供播送或多播效勞。由于 TCP 要提供可靠的、面向連接的運(yùn)輸效勞，因此不可防止地增加了許多的開銷。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的處理機(jī)資源。 還要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn) 運(yùn)輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報與網(wǎng)際層的IP數(shù)據(jù)報有很大區(qū)別。IP 數(shù)據(jù)報要經(jīng)過互連網(wǎng)中許多路由器的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，但 UDP 用戶數(shù)據(jù)報是在運(yùn)輸層的端到端抽象的邏輯信道中傳送的。TCP 報文段是在運(yùn)輸層抽象的端到端邏輯信道中傳送，這種信道是可靠的全雙工信道。但這樣的信道卻不知道究竟經(jīng)過了哪些路由器，而這些路由器也根本不知道上面的運(yùn)輸層是否建立了 TCP 連接。 5.1.3 運(yùn)輸層的端口 運(yùn)行在計算

8、機(jī)中的進(jìn)程是用進(jìn)程標(biāo)識符來標(biāo)志的。運(yùn)行在應(yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程卻不應(yīng)當(dāng)讓計算機(jī)操作系統(tǒng)指派它的進(jìn)程標(biāo)識符。這是因?yàn)樵谝蛱鼐W(wǎng)上使用的計算機(jī)的操作系統(tǒng)種類很多，而不同的操作系統(tǒng)又使用不同格式的進(jìn)程標(biāo)識符。為了使運(yùn)行不同操作系統(tǒng)的計算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)程能夠互相通信，就必須用統(tǒng)一的方法對 TCP/IP 體系的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)志。 需要解決的問題 由于進(jìn)程的創(chuàng)立和撤銷都是動態(tài)的，發(fā)送方幾乎無法識別其他機(jī)器上的進(jìn)程。有時我們會改換接收報文的進(jìn)程，但并不需要通知所有發(fā)送方。我們往往需要利用目的主機(jī)提供的功能來識別終點(diǎn)，而不需要知道實(shí)現(xiàn)這個功能的進(jìn)程。端口號(protocol port number)簡稱為端口(por

9、t)解決這個問題的方法就是在運(yùn)輸層使用協(xié)議端口號(protocol port number)，或通常簡稱為端口(port)。雖然通信的終點(diǎn)是應(yīng)用進(jìn)程，但我們可以把端口想象是通信的終點(diǎn)，因?yàn)槲覀冎灰岩獋魉偷膱笪慕坏侥康闹鳈C(jī)的某一個適宜的目的端口，剩下的工作（即最后交付目的進(jìn)程）就由 TCP 來完成。軟件端口與硬件端口在協(xié)議棧層間的抽象的協(xié)議端口是軟件端口。路由器或交換機(jī)上的端口是硬件端口。硬件端口是不同硬件設(shè)備進(jìn)行交互的接口，而軟件端口是應(yīng)用層的各種協(xié)議進(jìn)程與運(yùn)輸實(shí)體進(jìn)行層間交互的一種地址。 TCP 的端口 端口用一個 16 位端口號進(jìn)行標(biāo)志。端口號只具有本地意義，即端口號只是為了標(biāo)志本計算機(jī)

10、應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計算機(jī)的相同端口號是沒有聯(lián)系的。三類端口 熟知端口，數(shù)值一般為 01023。登記端口號，數(shù)值為102449151，為沒有熟知端口號的應(yīng)用程序使用的。使用這個范圍的端口號必須在 IANA 登記，以防止重復(fù)?？蛻舳丝谔柣蚨虝憾丝谔枺瑪?shù)值為4915265535，留給客戶進(jìn)程選擇暫時使用。當(dāng)效勞器進(jìn)程收到客戶進(jìn)程的報文時，就知道了客戶進(jìn)程所使用的動態(tài)端口號。通信結(jié)束后，這個端口號可供其他客戶進(jìn)程以后使用。 5.2 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP 5.2.1 UDP 概述 UDP 只在 IP 的數(shù)據(jù)報效勞之上增加了很少一點(diǎn)的功能，即端口的功能和過失檢測的功能。雖然 UDP 用戶數(shù)

11、據(jù)報只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。UDP 的主要特點(diǎn) UDP 是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，同時也不使用擁塞控制。UDP 是面向報文的。UDP 沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的要求。 UDP 支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。UDP 的首部開銷小，只有 8 個字節(jié)。 面向報文的 UDP發(fā)送方 UDP 對應(yīng)用程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付 IP 層。UDP 對應(yīng)用層交下來的報文，既不合并，也不拆分，而是保存這些報文的邊界。應(yīng)用層交給 UDP 多長的報文，UDP 就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個

12、報文。接收方 UDP 對 IP 層交上來的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報，在去除首部后就原封不動地交付上層的應(yīng)用進(jìn)程，一次交付一個完整的報文。應(yīng)用程序必須選擇適宜大小的報文。UDP 是面向報文的 IP 數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)局部IP 首部IP 層UDP 首部UDP 用戶數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)局部運(yùn)輸層應(yīng)用層報文應(yīng)用層5.2.2 UDP 的首部格式 偽首部源端口目的端口長 度檢驗(yàn)和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報UDP 基于端口的分用 IP 層UDP 數(shù)據(jù)報到達(dá)端口 2端口 3端口 1UDP 分用偽首部源端口目的端口長

13、度檢驗(yàn)和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報用戶數(shù)據(jù)報 UDP 有兩個字段：數(shù)據(jù)字段和首部字段。首部字段有 8 個字節(jié)，由 4 個字段組成，每個字段都是兩個字節(jié)。 偽首部源端口目的端口長 度檢驗(yàn)和數(shù) 據(jù)首 部UDP長度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 數(shù)據(jù)報字節(jié)44112122222字節(jié)發(fā)送在前數(shù) 據(jù)首 部UDP 用戶數(shù)據(jù)報在計算檢驗(yàn)和時，臨時把“偽首部和 UDP 用戶數(shù)據(jù)報連接在一起。偽首部僅僅是為了計算檢驗(yàn)和。計算 UDP 檢驗(yàn)和的例子 10011 153.1900001 8.10

14、410101 171.300001110 00001011 14.1100000 0 和 1700000 1500000100 00111111 108700000 1300000 1500000 0（檢驗(yàn)和）01010100 01000101 數(shù)據(jù)01010 數(shù)據(jù)01001 數(shù)據(jù)01000111 00000000 數(shù)據(jù)和 0（填充）10010110 11101101 求和得出的結(jié)果01101 檢驗(yàn)和 153.19.8.104171.3.14.1112 字節(jié)偽首部8 字節(jié)UDP 首部7 字節(jié)數(shù)據(jù)填充按二進(jìn)制反碼運(yùn)算求和將得出的結(jié)果求反碼全 0 17 15 1087 13 15 全 0數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)

15、 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 全 05.3 傳輸控制協(xié)議 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特點(diǎn) TCP 是面向連接的運(yùn)輸層協(xié)議。每一條 TCP 連接只能有兩個端點(diǎn)(endpoint)，每一條 TCP 連接只能是點(diǎn)對點(diǎn)的（一對一）。 TCP 提供可靠交付的效勞。 TCP 提供全雙工通信。面向字節(jié)流。 768HTCP 面向流的概念 發(fā)送 TCP 報文段發(fā)送方接收方把字節(jié)寫入發(fā)送緩存從接收緩存讀取字節(jié)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程1230181716151419202145131211H109H加上 TCP 首部構(gòu)成 TCP 報文段TCPTCP字節(jié)流字節(jié)流H表示 TCP 報文段的首部x表示序號為 x 的

16、數(shù)據(jù)字節(jié)TCP 連接應(yīng)當(dāng)注意TCP 連接是一條虛連接而不是一條真正的物理連接。TCP 對應(yīng)用進(jìn)程一次把多長的報文發(fā)送到TCP 的緩存中是不關(guān)心的。TCP 根據(jù)對方給出的窗口值和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)擁塞的程度來決定一個報文段應(yīng)包含多少個字節(jié)（UDP 發(fā)送的報文長度是應(yīng)用進(jìn)程給出的）。TCP 可把太長的數(shù)據(jù)塊劃分短一些再傳送。TCP 也可等待積累有足夠多的字節(jié)后再構(gòu)成報文段發(fā)送出去。 5.3.2 TCP 的連接 TCP 把連接作為最根本的抽象。每一條 TCP 連接有兩個端點(diǎn)。TCP 連接的端點(diǎn)不是主機(jī)，不是主機(jī)的IP 地址，不是應(yīng)用進(jìn)程，也不是運(yùn)輸層的協(xié)議端口。TCP 連接的端點(diǎn)叫做套接字(socket)或插

17、口。端口號拼接到(contatenated with) IP 地址即構(gòu)成了套接字。 套接字 (socket) 套接字 socket = (IP地址: 端口號) (5-1)每一條 TCP 連接唯一地被通信兩端的兩個端點(diǎn)（即兩個套接字）所確定。即： TCP 連接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-2)同一個名詞 socket有多種不同的意思 應(yīng)用編程接口 API 稱為 socket API, 簡稱為 socket。socket API 中使用的一個函數(shù)名也叫作 socket。調(diào)用 socket 函數(shù)的端點(diǎn)稱為 socket。調(diào)用

18、 socket 函數(shù)時其返回值稱為 socket 描述符，可簡稱為 socket。在操作系統(tǒng)內(nèi)核中連網(wǎng)協(xié)議的 Berkeley 實(shí)現(xiàn)，稱為 socket 實(shí)現(xiàn)。 5.4 可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?.4.1 停止等待協(xié)議 (a) 無過失情況A發(fā)送 M1確認(rèn) M1B發(fā)送 M2發(fā)送 M3確認(rèn) M2確認(rèn) M3A發(fā)送 M1B超時重傳 M1發(fā)送 M2確認(rèn) M1丟棄有過失的報文(b) 超時重傳tttt請注意在發(fā)送完一個分組后，必須暫時保存已發(fā)送的分組的副本。分組和確認(rèn)分組都必須進(jìn)行編號。超時計時器的重傳時間應(yīng)當(dāng)比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些。 丟棄重復(fù)的 M1重傳確認(rèn)M1確認(rèn)喪失和確認(rèn)遲到 A發(fā)送 M1B

19、超時重傳 M1發(fā)送 M2丟棄重復(fù)的 M1重傳確認(rèn) M1(a) 確認(rèn)喪失確認(rèn) M1A發(fā)送 M1B超時重傳 M1發(fā)送 M2(b) 確認(rèn)遲到確認(rèn) M1收下遲到確實(shí)認(rèn)但什么也不做tttt可靠通信的實(shí)現(xiàn)使用上述確實(shí)認(rèn)和重傳機(jī)制，我們就可以在不可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)可靠的通信。這種可靠傳輸協(xié)議常稱為自動重傳請求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。ARQ 說明重傳的請求是自動進(jìn)行的。接收方不需要請求發(fā)送方重傳某個出錯的分組 。信道利用率 停止等待協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是簡單，但缺點(diǎn)是信道利用率太低。 TDRTTATD + RTT + TAB分組確認(rèn)tt分組確認(rèn)信道的利用率 U (5-3)流水線傳

20、輸 發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個分組，不必每發(fā)完一個分組就停頓下來等待對方確實(shí)認(rèn)。由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。 B分組ttAACK5.4.2 連續(xù) ARQ 協(xié)議 123456789101112(a) 發(fā)送方維持發(fā)送窗口（發(fā)送窗口是 5）發(fā)送窗口(b) 收到一個確認(rèn)后發(fā)送窗口向前滑動向前123456789101112發(fā)送窗口累積確認(rèn) 接收方一般采用累積確認(rèn)的方式。即不必對收到的分組逐個發(fā)送確認(rèn)，而是對按序到達(dá)的最后一個分組發(fā)送確認(rèn)，這樣就表示：到這個分組為止的所有分組都已正確收到了。累積確認(rèn)有的優(yōu)點(diǎn)是：容易實(shí)現(xiàn)，即使確認(rèn)喪失也不必重傳。缺點(diǎn)是：不能向發(fā)送方反映出

21、接收方已經(jīng)正確收到的所有分組的信息。Go-back-N（回退 N） 如果發(fā)送方發(fā)送了前 5 個分組，而中間的第 3 個分組喪失了。這時接收方只能對前兩個分組發(fā)出確認(rèn)。發(fā)送方無法知道后面三個分組的下落，而只好把后面的三個分組都再重傳一次。這就叫做 Go-back-N（回退 N），表示需要再退回來重傳已發(fā)送過的 N 個分組?？梢姰?dāng)通信線路質(zhì)量不好時，連續(xù) ARQ 協(xié)議會帶來負(fù)面的影響。 TCP 可靠通信的具體實(shí)現(xiàn) TCP 連接的每一端都必須設(shè)有兩個窗口一個發(fā)送窗口和一個接收窗口。 TCP 的可靠傳輸機(jī)制用字節(jié)的序號進(jìn)行控制。TCP 所有確實(shí)認(rèn)都是基于序號而不是基于報文段。 TCP 兩端的四個窗口經(jīng)

22、常處于動態(tài)變化之中。TCP連接的往返時間 RTT 也不是固定不變的。需要使用特定的算法估算較為合理的重傳時間。 TCP首部20 字節(jié)的固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FIN32 位SYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充TCP 數(shù)據(jù)局部TCP 首部TCP 報文段IP 數(shù)據(jù)局部IP 首部發(fā)送在前5.5 TCP 報文段的首部格式 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHA

23、CKURG位 0 8 16 24 31填 充源端口和目的端口字段各占 2 字節(jié)。端口是運(yùn)輸層與應(yīng)用層的效勞接口。運(yùn)輸層的復(fù)用和分用功能都要通過端口才能實(shí)現(xiàn)。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充序號字段占 4 字節(jié)。TCP 連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個字節(jié)都編上一個序號。序號字段的值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序

24、 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充確認(rèn)號字段占 4 字節(jié)，是期望收到對方的下一個報文段的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充數(shù)據(jù)偏移（即首部長度）占 4 位，它指出 TCP 報文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報文段的起始處有多遠(yuǎn)?！皵?shù)據(jù)偏移的單位是 32 位字（以 4 字節(jié)為計算單位）。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口

25、數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充保存字段占 6 位，保存為今后使用，但目前應(yīng)置為 0。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充緊急 URG 當(dāng) URG 1 時，說明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù))。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏

26、移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充確認(rèn) ACK 只有當(dāng) ACK 1 時確認(rèn)號字段才有效。當(dāng) ACK 0 時，確認(rèn)號無效。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充推送 PSH (PuSH) 接收 TCP 收到 PSH = 1 的報文段，就盡快地交付接收應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到整個緩存都填滿了后再向上交付。 TC

27、P首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充復(fù)位 RST (ReSeT) 當(dāng) RST 1 時，說明 TCP 連接中出現(xiàn)嚴(yán)重過失（如由于主機(jī)崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運(yùn)輸連接。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充同步 SYN 同步 SYN = 1 表示

28、這是一個連接請求或連接接受報文。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充終止 FIN (FINis) 用來釋放一個連接。FIN 1 說明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充窗口字段 占 2 字節(jié)，用來讓對方

29、設(shè)置發(fā)送窗口的依據(jù)，單位為字節(jié)。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充檢驗(yàn)和 占 2 字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩局部。在計算檢驗(yàn)和時，要在 TCP 報文段的前面加上 12 字節(jié)的偽首部。TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充緊急指針字段 占 16

30、 位，指出在本報文段中緊急數(shù)據(jù)共有多少個字節(jié)（緊急數(shù)據(jù)放在本報文段數(shù)據(jù)的最前面）。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充選項(xiàng)字段 長度可變。TCP 最初只規(guī)定了一種選項(xiàng)，即最大報文段長度 MSS。MSS 告訴對方 TCP：“我的緩存所能接收的報文段的數(shù)據(jù)字段的最大長度是 MSS 個字節(jié)。 MSS (Maximum Segment Size)是 TCP 報文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上 TCP 首部才等于整個的 TC

31、P 報文段。其他選項(xiàng)窗口擴(kuò)大選項(xiàng) 占 3 字節(jié)，其中有一個字節(jié)表示移位值 S。新的窗口值等于TCP 首部中的窗口位數(shù)增大到(16 + S)，相當(dāng)于把窗口值向左移動 S 位后獲得實(shí)際的窗口大小。時間戳選項(xiàng)占10 字節(jié)，其中最主要的字段時間戳值字段（4 字節(jié)）和時間戳回送答復(fù)字段（4 字節(jié)）。選擇確認(rèn)選項(xiàng)在后面的 5.6.3 節(jié)介紹。 TCP首部20字節(jié)固定首部目 的 端 口數(shù)據(jù)偏移檢 驗(yàn) 和選 項(xiàng) （長 度 可 變）源 端 口序 號緊 急 指 針窗 口確 認(rèn) 號保 留FINSYNRSTPSHACKURG位 0 8 16 24 31填 充填充字段 這是為了使整個首部長度是 4 字節(jié)的整數(shù)倍。 5.

32、6 TCP 可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)5.6.1 以字節(jié)為單位的滑動窗口前移不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口 = 20允許發(fā)送的序號26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556B 期望收到的序號前沿后沿前移收縮根據(jù) B 給出的窗口值A(chǔ) 構(gòu)造出自己的發(fā)送窗口 TCP 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈不贊成發(fā)送窗口前沿向后收縮 不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口位置不變允許發(fā)送但尚未發(fā)送262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3不

33、允許接收已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)B 的接收窗口允許接收26272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556未按序收到可用窗口A 發(fā)送了 11 個字節(jié)的數(shù)據(jù) P3 P1 = A 的發(fā)送窗口（又稱為通知窗口）P2 P1 = 已發(fā)送但尚未收到確認(rèn)的字節(jié)數(shù)P3 P2 = 允許發(fā)送但尚未發(fā)送的字節(jié)數(shù)（又稱為可用窗口） 允許發(fā)送但尚未發(fā)送A 的發(fā)送窗口向前滑動262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送并收到確認(rèn)不允許發(fā)送已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3允

34、許接收B 的接收窗口向前滑動262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)不允許接收56未按序收到A 收到新確實(shí)認(rèn)號，發(fā)送窗口向前滑動 先存下，等待缺少的數(shù)據(jù)的到達(dá)不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口已滿，有效窗口為零262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3A 的發(fā)送窗口內(nèi)的序號都已用完，但還沒有再收到確認(rèn)，必須停止發(fā)送。 發(fā)送緩存 最后被確認(rèn)的字節(jié)發(fā)送應(yīng)用程序發(fā)送緩存最后發(fā)送的字節(jié)發(fā)

35、送窗口已發(fā)送TCP序號增大接收緩存接收應(yīng)用程序已收到接收窗口TCP接收緩存下一個讀取的字節(jié)序號增大下一個期望收到的字節(jié)（確認(rèn)號）發(fā)送緩存與接收緩存的作用發(fā)送緩存用來暫時存放： 發(fā)送應(yīng)用程序傳送給發(fā)送方 TCP 準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)； TCP 已發(fā)送出但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)。接收緩存用來暫時存放： 按序到達(dá)的、但尚未被接收應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)； 不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)。 需要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)A 的發(fā)送窗口并不總是和 B 的接收窗口一樣大（因?yàn)橛幸欢ǖ臅r間滯后）。TCP 標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定對不按序到達(dá)的數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理。通常是先臨時存放在接收窗口中，等到字節(jié)流中所缺少的字節(jié)收到后，再按序交付上層的應(yīng)用進(jìn)程。TCP 要求接收方必須

36、有累積確認(rèn)的功能，這樣可以減小傳輸開銷。 5.6.2 超時重傳時間的選擇重傳機(jī)制是 TCP 中最重要和最復(fù)雜的問題之一。TCP 每發(fā)送一個報文段，就對這個報文段設(shè)置一次計時器。只要計時器設(shè)置的重傳時間到但還沒有收到確認(rèn)，就要重傳這一報文段。往返時延的方差很大由于 TCP 的下層是一個互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，IP 數(shù)據(jù)報所選擇的路由變化很大。因而運(yùn)輸層的往返時間的方差也很大。時間數(shù)據(jù)鏈路層運(yùn)輸層T1T2T3往返時間的概率分布加權(quán)平均往返時間TCP 保存了 RTT 的一個加權(quán)平均往返時間 RTTS（這又稱為平滑的往返時間）。第一次測量到 RTT 樣本時，RTTS 值就取為所測量到的 RTT 樣本值。以后每測量

37、到一個新的 RTT 樣本，就按下式重新計算一次 RTTS： 新的 RTTS (1 ) (舊的 RTTS) (新的 RTT 樣本) (5-4)式中，0 1。若 很接近于零，表示 RTT 值更新較慢。若選擇 接近于 1，則表示 RTT 值更新較快。RFC 2988 推薦的 值為 1/8，即 0.125。 超時重傳時間 RTO (RetransmissionTime-Out) RTO 應(yīng)略大于上面得出的加權(quán)平均往返時間 RTTS。RFC 2988 建議使用下式計算 RTO： RTO RTTS + 4 RTTD (5-5)RTTD 是 RTT 的偏差的加權(quán)平均值。RFC 2988 建議這樣計算 RTT

38、D。第一次測量時，RTTD 值取為測量到的 RTT 樣本值的一半。在以后的測量中，則使用下式計算加權(quán)平均的 RTTD：新的 RTTD = (1 ) (舊的RTTD) + RTTS 新的 RTT 樣本 (5-6) 是個小于 1 的系數(shù)，其推薦值是 1/4，即 0.25。往返時間 RTT?往返時間的測量相當(dāng)復(fù)雜 TCP 報文段 1 沒有收到確認(rèn)。重傳（即報文段 2）后，收到了確認(rèn)報文段 ACK。如何判定此確認(rèn)報文段是對原來的報文段 1 確實(shí)認(rèn)，還是對重傳的報文段 2 確實(shí)認(rèn)？ 發(fā)送一個TCP 報文段超時重傳TCP 報文段收到 ACK時間12往返時間 RTT?是對哪一個報文段確實(shí)認(rèn)？Karn 算法

39、在計算平均往返時間 RTT 時，只要報文段重傳了，就不采用其往返時間樣本。這樣得出的加權(quán)平均平均往返時間 RTTS 和超時重傳時間 RTO 就較準(zhǔn)確。 報文段每重傳一次，就把 RTO 增大一些：新的 RTO (舊的 RTO) 系數(shù) 的典型值是 2 。當(dāng)不再發(fā)生報文段的重傳時，才根據(jù)報文段的往返時延更新平均往返時延 RTT 和超時重傳時間 RTO 的數(shù)值。實(shí)踐證明，這種策略較為合理。 修正的 Karn 算法 5.6.3 選擇確認(rèn) SACK(Selective ACK) 接收方收到了和前面的字節(jié)流不連續(xù)的兩個字節(jié)塊。如果這些字節(jié)的序號都在接收窗口之內(nèi)，那么接收方就先收下這些數(shù)據(jù)，但要把這些信息準(zhǔn)確

40、地告訴發(fā)送方，使發(fā)送方不要再重復(fù)發(fā)送這些已收到的數(shù)據(jù)。 1 1000 1501 3000 3501 4500確認(rèn)號 = 1001L1 = 1501L2 = 3501R1 = 3001R1 = 4501接收到的字節(jié)流序號不連續(xù) 連續(xù)的字節(jié)流第一個字節(jié)塊第二個字節(jié)塊 和前后字節(jié)不連續(xù)的每一個字節(jié)塊都有兩個邊界： 左邊界和右邊界。圖中用四個指針標(biāo)記這些邊界。 第一個字節(jié)塊的左邊界 L1 = 1501，但右邊界 R1 = 3001。 左邊界指出字節(jié)塊的第一個字節(jié)的序號，但右邊界減 1 才是 字節(jié)塊中的最后一個序號。 第二個字節(jié)塊的左邊界 L2 = 3501，而右邊界 R2 = 4501。 RFC 20

41、18 的規(guī)定如果要使用選擇確認(rèn)，那么在建立 TCP 連接時，就要在 TCP 首部的選項(xiàng)中加上“允許 SACK的選項(xiàng)，而雙方必須都事先商定好。如果使用選擇確認(rèn)，那么原來首部中的“確認(rèn)號字段的用法仍然不變。只是以后在 TCP 報文段的首部中都增加了 SACK 選項(xiàng)，以便報告收到的不連續(xù)的字節(jié)塊的邊界。由于首部選項(xiàng)的長度最多只有 40 字節(jié)，而指明一個邊界就要用掉 4 字節(jié)，因此在選項(xiàng)中最多只能指明 4 個字節(jié)塊的邊界信息。5.7 TCP 的流量控制5.7.1 利用滑動窗口實(shí)現(xiàn)流量控制一般說來，我們總是希望數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶煲恍?。但如果發(fā)送方把數(shù)據(jù)發(fā)送得過快，接收方就可能來不及接收，這就會造成數(shù)據(jù)的喪失

42、。流量控制(flow control)就是讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快，既要讓接收方來得及接收，也不要使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞。利用滑動窗口機(jī)制可以很方便地在 TCP 連接上實(shí)現(xiàn)流量控制。 seq = 1, DATAseq = 201, DATAseq = 401, DATAseq = 301, DATAseq = 101, DATAseq = 201, DATAseq = 501, DATAACK = 1, ack = 201, rwnd = 300ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100AB允許 A 發(fā)送序號 201 至 50

43、0 共 300 字節(jié)A 發(fā)送了序號 101 至 200，還能發(fā)送 200 字節(jié)A 發(fā)送了序號 301 至 400，還能再發(fā)送 100 字節(jié)新數(shù)據(jù)A 發(fā)送了序號 1 至 100，還能發(fā)送 300 字節(jié)A 發(fā)送了序號 401 至 500，不能再發(fā)送新數(shù)據(jù)了A 超時重傳舊的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送新的數(shù)據(jù)允許 A 發(fā)送序號 501 至 600 共 100 字節(jié)A 發(fā)送了序號 501 至 600，不能再發(fā)送了不允許 A 再發(fā)送（到序號 600 為止的數(shù)據(jù)都收到了）喪失！流量控制舉例A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)。在連接建立時，B 告訴 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（字節(jié)）。持續(xù)計時器(persistence

44、 timer)。TCP 為每一個連接設(shè)有一個持續(xù)計時器。只要 TCP 連接的一方收到對方的零窗口通知，就啟動持續(xù)計時器。若持續(xù)計時器設(shè)置的時間到期，就發(fā)送一個零窗口探測報文段（僅攜帶 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)），而對方就在確認(rèn)這個探測報文段時給出了現(xiàn)在的窗口值。若窗口仍然是零，則收到這個報文段的一方就重新設(shè)置持續(xù)計時器。若窗口不是零，則死鎖的僵局就可以打破了。 5.7.2 必須考慮傳輸效率可以用不同的機(jī)制來控制 TCP 報文段的發(fā)送時機(jī):第一種機(jī)制是 TCP 維持一個變量，它等于最大報文段長度 MSS。只要緩存中存放的數(shù)據(jù)到達(dá) MSS 字節(jié)時，就組裝成一個 TCP 報文段發(fā)送出去。第二種機(jī)制是由發(fā)送方的

45、應(yīng)用進(jìn)程指明要求發(fā)送報文段，即 TCP 支持的推送(push)操作。第三種機(jī)制是發(fā)送方的一個計時器期限到了，這時就把當(dāng)前已有的緩存數(shù)據(jù)裝入報文段（但長度不能超過 MSS）發(fā)送出去。5.8 TCP的擁塞控制5.8.1 擁塞控制的一般原理 在某段時間，若對網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用局部，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞產(chǎn)生擁塞(congestion)。出現(xiàn)資源擁塞的條件： 對資源需求的總和 可用資源 (5-7) 若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負(fù)荷的增大而下降。 擁塞控制與流量控制的關(guān)系 擁塞控制所要做的都有一個前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)

46、荷。擁塞控制是一個全局性的過程，涉及到所有的主機(jī)、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。 流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信量的控制。 流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得及接收。 擁塞控制所起的作用 提供的負(fù)載吞吐量理想的擁塞控制實(shí)際的擁塞控制0死鎖（吞吐量 = 0）無擁塞控制擁塞輕度擁塞擁塞控制的一般原理 擁塞控制是很難設(shè)計的，因?yàn)樗且粋€動態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問題。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)正朝著高速化的方向開展，這很容易出現(xiàn)緩存不夠大而造成分組的喪失。但分組的喪失是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的征兆而不是原因。在許多情況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網(wǎng)絡(luò)性能惡

47、化甚至發(fā)生死鎖的原因。這點(diǎn)應(yīng)特別引起重視。 開環(huán)控制和閉環(huán)控制 開環(huán)控制方法就是在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時不產(chǎn)生擁塞。 閉環(huán)控制是基于反應(yīng)環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施： 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時、何處發(fā)生。將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動的地方。調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行以解決出現(xiàn)的問題。5.8.2 幾種擁塞控制方法1. 慢開始和擁塞防止發(fā)送方維持一個叫做擁塞窗口 cwnd (congestion window)的狀態(tài)變量。擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且動態(tài)地在變化。發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口等于擁塞窗口。如再考慮到接收方的接收能力，則發(fā)送

48、窗口還可能小于擁塞窗口。發(fā)送方控制擁塞窗口的原則是：只要網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就再增大一些，以便把更多的分組發(fā)送出去。但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就減小一些，以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 慢開始算法的原理 在主機(jī)剛剛開始發(fā)送報文段時可先設(shè)置擁塞窗口 cwnd = 1，即設(shè)置為一個最大報文段 MSS 的數(shù)值。在每收到一個對新的報文段確實(shí)認(rèn)后，將擁塞窗口加 1，即增加一個 MSS 的數(shù)值。用這樣的方法逐步增大發(fā)送端的擁塞窗口 cwnd，可以使分組注入到網(wǎng)絡(luò)的速率更加合理。 發(fā)送方接收方發(fā)送 M1 確認(rèn) M1發(fā)送 M2M3 確認(rèn) M2M3 發(fā)送 M4M7 確認(rèn) M4M7 cwnd = 1 cwn

49、d = 2 cwnd = 4 發(fā)送 M8M15cwnd = 8 tt發(fā)送方每收到一個對新報文段確實(shí)認(rèn)（重傳的不算在內(nèi)）就使 cwnd 加 1。 輪次 1輪次 2輪次 3傳輸輪次(transmission round)使用慢開始算法后，每經(jīng)過一個傳輸輪次，擁塞窗口 cwnd 就加倍。 一個傳輸輪次所經(jīng)歷的時間其實(shí)就是往返時間 RTT?！皞鬏斴喆胃訌?qiáng)調(diào)：把擁塞窗口 cwnd 所允許發(fā)送的報文段都連續(xù)發(fā)送出去，并收到了對已發(fā)送的最后一個字節(jié)確實(shí)認(rèn)。例如，擁塞窗口 cwnd = 4，這時的往返時間 RTT 就是發(fā)送方連續(xù)發(fā)送 4 個報文段，并收到這 4 個報文段確實(shí)認(rèn)，總共經(jīng)歷的時間。 設(shè)置慢開始門

50、限狀態(tài)變量ssthresh慢開始門限 ssthresh 的用法如下：當(dāng) cwnd ssthresh 時，停止使用慢開始算法而改用擁塞防止算法。當(dāng) cwnd = ssthresh 時，既可使用慢開始算法，也可使用擁塞防止算法。擁塞防止算法的思路是讓擁塞窗口 cwnd 緩慢地增大，即每經(jīng)過一個往返時間 RTT 就把發(fā)送方的擁塞窗口 cwnd 加 1，而不是加倍，使擁塞窗口 cwnd 按線性規(guī)律緩慢增長。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時無論在慢開始階段還是在擁塞防止階段，只要發(fā)送方判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞（其根據(jù)就是沒有按時收到確認(rèn)），就要把慢開始門限 ssthresh 設(shè)置為出現(xiàn)擁塞時的發(fā)送方窗口值的一半（但不能小于2）

51、。然后把擁塞窗口 cwnd 重新設(shè)置為 1，執(zhí)行慢開始算法。這樣做的目的就是要迅速減少主機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)，使得發(fā)生擁塞的路由器有足夠時間把隊(duì)列中積壓的分組處理完畢。 2216慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng) TCP 連接進(jìn)行初始化時，將擁塞窗口置為 1。圖中的窗口單位不使用字節(jié)而使用報文段。慢開始門限的初始值設(shè)置為 16 個報文段，即 ssthresh = 16?！俺朔p小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次慢開始和擁塞

52、防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端的發(fā)送窗口不能超過擁塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我們假定接收端窗口足夠大，因此現(xiàn)在發(fā)送窗口的數(shù)值等于擁塞窗口的數(shù)值。2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 在執(zhí)行慢開始算法時，擁塞窗口 cwnd 的初始值為 1，發(fā)送第一個報文段 M0。 2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 s

53、sthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端每收到一個確認(rèn) ，就把 cwnd 加 1。于是發(fā)送端可以接著發(fā)送 M1 和 M2 兩個報文段。 2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 接收端共發(fā)回兩個確認(rèn)。發(fā)送端每收到一個對新報文段確實(shí)認(rèn)，就把發(fā)送端的 cwnd 加 1。現(xiàn)在

54、 cwnd 從 2 增大到 4，并可接著發(fā)送后面的 4 個報文段。 2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端每收到一個對新報文段確實(shí)認(rèn)，就把發(fā)送端的擁塞窗口加 1，因此擁塞窗口 cwnd 隨著傳輸輪次按指數(shù)規(guī)律增長。 2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢

55、開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng)擁塞窗口 cwnd 增長到慢開始門限值 ssthresh 時（即當(dāng) cwnd = 16 時），就改為執(zhí)行擁塞防止算法，擁塞窗口按線性規(guī)律增長。 2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大傳輸輪次2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長sst

56、hresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 假定擁塞窗口的數(shù)值增長到 24 時，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)超時，說明網(wǎng)絡(luò)擁塞了。 傳輸輪次2216“乘法減小24681012141618200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 更新后的 ssthresh 值變?yōu)?12（即發(fā)送窗口數(shù)值 24 的一半），擁塞窗口再重新設(shè)置為 1，并執(zhí)行慢開始算法。 傳輸輪次2216“乘法減小2468101214161

57、8200048122024擁塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值網(wǎng)絡(luò)擁塞指數(shù)規(guī)律增長ssthresh 的初始值慢開始慢開始慢開始擁塞防止“加法增大擁塞防止“加法增大慢開始和擁塞防止算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng) cwnd = 12 時改為執(zhí)行擁塞防止算法，擁塞窗口按按線性規(guī)律增長，每經(jīng)過一個往返時延就增加一個 MSS 的大小。 傳輸輪次乘法減小(multiplicative decrease) “乘法減小“是指不管在慢開始階段還是擁塞防止階段，只要出現(xiàn)一次超時（即出現(xiàn)一次網(wǎng)絡(luò)擁塞），就把慢開始門限值 ssthresh 設(shè)置為當(dāng)前的擁塞窗口值乘以 0.5。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)擁塞時，ssthresh 值就下

58、降得很快，以大大減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 加法增大(additive increase) “加法增大是指執(zhí)行擁塞防止算法后，在收到對所有報文段確實(shí)認(rèn)后（即經(jīng)過一個往返時間），就把擁塞窗口 cwnd增加一個 MSS 大小，使擁塞窗口緩慢增大，以防止網(wǎng)絡(luò)過早出現(xiàn)擁塞。 必須強(qiáng)調(diào)指出 “擁塞防止并非指完全能夠防止了擁塞。利用以上的措施要完全防止網(wǎng)絡(luò)擁塞還是不可能的。“擁塞防止是說在擁塞防止階段把擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞。 2. 快重傳和快恢復(fù)快重傳算法首先要求接收方每收到一個失序的報文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn)。這樣做可以讓發(fā)送方及早知道有報文段沒有到達(dá)接收方。 發(fā)送方只

59、要一連收到三個重復(fù)確認(rèn)就應(yīng)當(dāng)立即重傳對方尚未收到的報文段。 不難看出，快重傳并非取消重傳計時器，而是在某些情況下可更早地重傳喪失的報文段。 快重傳舉例發(fā)送方接收方發(fā)送 M1 確認(rèn) M1t 確認(rèn) M2 發(fā)送 M2發(fā)送 M3發(fā)送 M4 ？發(fā)送 M5發(fā)送 M6 重復(fù)確認(rèn) M2 立即重傳 M3 重復(fù)確認(rèn) M2 重復(fù)確認(rèn) M2 t發(fā)送 M7收到三個連續(xù)的對 M2 的重復(fù)確認(rèn)立即重傳 M3喪失快恢復(fù)算法 (1) 當(dāng)發(fā)送端收到連續(xù)三個重復(fù)確實(shí)認(rèn)時，就執(zhí)行“乘法減小算法，把慢開始門限 ssthresh 減半。但接下去不執(zhí)行慢開始算法。 (2)由于發(fā)送方現(xiàn)在認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)很可能沒有發(fā)生擁塞，因此現(xiàn)在不執(zhí)行慢開始算法，

60、即擁塞窗口 cwnd 現(xiàn)在不設(shè)置為 1，而是設(shè)置為慢開始門限 ssthresh 減半后的數(shù)值，然后開始執(zhí)行擁塞防止算法（“加法增大），使擁塞窗口緩慢地線性增大。 24從連續(xù)收到三個重復(fù)確實(shí)認(rèn)轉(zhuǎn)入擁塞防止 2468101214161820220048121620傳輸輪次擁塞窗口 cwnd收到 3 個重復(fù)確實(shí)認(rèn)執(zhí)行快重傳算法慢開始“乘法減小擁塞防止“加法增大TCP Reno版本TCP Tahoe 版本(已廢棄不用）ssthresh 的初始值擁塞防止“加法增大新的 ssthresh 值慢開始快恢復(fù)發(fā)送窗口的上限值發(fā)送方的發(fā)送窗口的上限值應(yīng)當(dāng)取為接收方窗口 rwnd 和擁塞窗口 cwnd 這兩個變量中