TCP常识

  1. TCP首部信息。
  2. TCP可靠性分析。
  3. 提高网络利用率。

TCP首部信息

TCP头部信息.jpg

TCP可靠性分析

1. 序列号和确认应答

  • Sequence Number:解决网络包乱序问题。
  • Acknowledgement Number:解决不丢包问题。

2. 连接管理

连接状态流程图

连接时状态分析
  • 三次握手原因:发起端发出SYN请求连接,接收端可同时发送ACK+SYN,ACK是对于发起端端确认应答,SYN是对发起端的同步请求,最后发起端发送一个ACK确认连接。
  • 四次挥手原因:接收端收到FIN后,则首先会回应发起端一个ACK确认应答,然后处理完数据发送后,会对发起端发出FIN信息告知发起端可以关闭连接,最后发起端回应一个ACK告知接收端,连接已经关闭。
  • TIME_WAIT后会有2MSL等待原因:
    • 确保接收端能够有足够的时间接收到ACK包(如果接收端没有收到ACK包会重新发送一个FIN包,一来一回正好2MSL)。
    • 为了让这个连接不被新的数据混在一起(如果连接被重用,延迟收到的包就会跟新的连接混在一起)

3. 重传机制

  • 超时重传:
    • 仅重传丢失包。优点:节省带宽。缺点:速度慢。
    • 重传丢包后的所有数据。优点:速度快。缺点:浪费带宽且做了很多无用功。
  • 快速重传:发送方连续收到3次相同的ACK那么就重传。但重传丢失包还是丢失包后的所有数据,也是个问题。
  • SACK:是汇报收到的数据碎版,发送端就可以知道收到哪些数据,丢失哪些数据了。

4. 滑动窗口

滑动窗口机制

  • 发送窗口只有收到发送窗口内字节的ACK才会移动左边界。
  • 接收窗口只有在接收到左边数据的情况下才移动左边界。当左边的数据未收到右边数据收到的情况下,窗口也不会移动,且发送端会触发超时重传机制。
  • 窗口大小不能大于序号空间大小的一半。目的是为了不让两个窗口出现交迭,比如总大小为7,窗口大小都为4,接收窗口应当滑动4,但只剩3个序号,导致两个窗口交迭。

参考动画

5. 拥塞控制

  • 慢启动:慢启动算法(cwnd全称Congestion Window)

    • 连接建好的开始先初始化cwnd = 1,表明可以传一个MSS大小的数据。
    • 每当收到一个ACK,cwnd++; 呈线性上升。
    • 每当过了一个RTT,cwnd = cwnd*2; 呈指数让升。
    • 还有一个ssthresh(slow start threshold),是一个上限,当cwnd >= ssthresh时,就会进入“拥塞避免算法”。
  • 拥塞避免:ssthresh(slow start threshold)是一个上限,当cwnd >= ssthresh时,就会进入“拥塞避免算法”。一般来说ssthresh的值是65535,单位是字节,当cwnd达到这个值时后,算法如下:

    • 收到一个ACK时,cwnd = cwnd + 1/cwnd
    • 当每过一个RTT时,cwnd = cwnd + 1
  • 拥塞发生:有两种情况RTO(超时重传)和Fast Retransmit(快速重传)

    • 等到RTO超时,重传数据包:
      • sshthresh = cwnd /2
      • cwnd 重置为 1
      • 进入慢启动过程
    • Fast Retransmit算法,也就是在收到3个duplicate ACK时就开启重传,而不用等到RTO超时。算法如下:
      • cwnd = cwnd /2
      • sshthresh = cwnd
      • 进入快速恢复算法——Fast Recovery
  • 快速恢复:

    • cwnd = sshthresh + 3 * MSS (3的意思是确认有3个数据包被收到了)
    • 重传Duplicated ACKs指定的数据包
    • 如果再收到 duplicated Acks,那么cwnd = cwnd +1
    • 如果收到了新的Ack,那么,cwnd = sshthresh ,然后就进入了拥塞避免的算法了。

算法示意图

拥塞控制.jpg

提高网络利用率

1. Nagle算法

满足以下任意条件即可发送,否则不能发送数据:

  • 已发送的数据都已经收到确认应答。
  • 可以发送最大段长度(MSS)的数据时。

2. ACK延迟

收到数据后并不立即返回ACK,而是延迟一段时间,发送ACK条件如下:

  • 收到2*MSS长度的数据。
  • 其他情况最大延迟0.5s后发送(主流系统一般设置0.2s)

3. 捎带应答

根据应用层协议,发出去的消息到达接受端,接受端经过处理后会返回一个回执数据,把ACK和回执一同打成一个包发送的方式,这种方式就叫做捎带应答。


资料参考

TCP的那些事儿(上)

TCP的那些事儿(下)

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