这一篇TCP总结请收下 (5)

在TCP的首部有一个窗口大小字段,他表示接收方的剩余缓冲区大小,让发送方可以调整自己的发送窗口大小。通过滑动窗口,就可以实现TCP的流量控制,不至于发送太快,导致太多的数据丢失。

连续ARQ带来的第二个问题是:网络中充斥着和发送数据包一样数据量的确认回复报文,因为每一个发送数据包,必须得有一个确认回复。提高网络效率的方法是:累积确认 。接收方不需要逐个进行回复,而是累积到一定量的数据包之后,告诉发送方,在此数据包之前的数据全都收到。例如,收到 1234,接收方只需要告诉发送方我收到4了,那么发送方就知道1234都收到了。

第三个问题是:如何处理丢包情况。在停止等待协议中很简单,直接一个超时重传就解决了。但,连续ARQ中不太一样。例如:接收方收到了 123 567,六个字节,编号为4的字节丢失了。按照累积确认的思路,只能发送3的确认回复,567都必须丢掉,因为发送方会进行重传。这就是GBN(go-back-n) 思路。

但是我们会发现,只需要重传4即可,这样不是很浪费资源,所以就有了:选择确认SACK 。在TCP报文的选项字段,可以设置已经收到的报文段,每一个报文段需要两个边界来进行确定。这样发送方,就可以根据这个选项字段只重传丢失的数据了。

可靠传输小结

到这里关于TCP的可靠传输原理就已经介绍的差不多。最后进行一个小结:

通过连续ARQ协议与发送-确认回复模式来保证每一个数据包都到达接收方

通过给字节编号的方法,来标记每一个数据是属于重传还是新的数据

通过超时重传的方式,来解决数据包在网络中丢失的问题

通过滑动窗口来实现流量控制

通过累积确认+选择确认的方法来提高确认回复与重传的效率

当然,这只是可靠传输的冰山一角,感兴趣可以再深入去研究(和面试官聊天已经差不多了[狗头])。

拥塞控制

拥塞控制考虑的是另外一个问题:避免网络过分拥挤导致丢包严重,网络效率降低

拿现实的交通举例子:

高速公路同一时间可通行的汽车数量是一定的,当节假日时,就会发生严重的堵车。在TCP中,数据包超时,会进行重传,也就是会进来更多的汽车,这时候更堵,最后导致的结果就是:丢包-重传-丢包-重传。最后整个网络瘫痪了。

这里的拥塞控制和前面的流量控制不是一个东西,流量控制是拥塞控制的手段:为了避免拥塞,必须对流量进行控制。拥塞控制目的是:限制每个主机的发送的数据量,避免网络拥塞效率下降。就像广州等地,限制车牌号出行是一个道理。不然大家都堵在路上,谁都别想走。

拥塞控制的解决方法是流量控制,流量控制的实现是滑动窗口,所以拥塞控制最终也是通过限制发送方的滑动窗口大小来限制流量 。当然,拥塞控制的手段不只是流量控制,导致拥塞的因素有:路由器缓存、带宽、处理器处理速度等等。提升硬件能力(把4车道改成8车道)是其中一个方法,但毕竟硬件提升是有瓶颈的,没办法不断提升,还是需要从tcp本身来增加算法,解决拥塞。

拥塞控制的重点有4个:慢开始、快恢复、快重传、拥塞避免。这里依旧献祭出大学老师的ppt图片:

这一篇TCP总结请收下

Y轴表示的是发送方窗口大小,X轴表示的是发送的轮次(不是字节编号)。

最开始的时候,会把窗口设置一个较小的值,然后每轮变为原来的两倍。这是慢开始。

当窗口值到达ssthresh值,这个值是需要通过实时网络情况设置的一个窗口限制值,开始进入拥塞避免,每轮把窗口值提升1,慢慢试探网络的底线。

如果发生了数据超时,表示极可能发生了拥塞,然后回到慢开始,重复上面的步骤。

如果收到三个相同的确认回复,表示现在网络的情况不太好,把ssthresh的值设置为原来的一半,继续拥塞避免。这部分称为快恢复。

如果收到丢包信息,应该尽快把丢失的包重传一次,这是快重传。

当然,窗口的最终上限是不能无限上涨的,他不能超过接收方的缓存区大小。

通过这个算法,就可以在很大程度上,避免网络拥挤。

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