TCP可靠传输实现原理

预备知识：TCP报文格式字段

         1、分为首部和数据两部分，二十个字节固定首部；

         2、分析：

            1）两个字节源端口、两个字节目的端口；

            2）四个字节序号（报文段序号）、四个字节确认号（期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号）；

            3）四位数据偏移、六位保留、六位控制位：紧急URG、确认ACK、推送PSH、复位RST、同步SYN、终止FIN；

            4）两字节窗口（窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据）；

            5）两字节检验和（检验方法类似UDP，加伪首部）、两字节紧急指针（结合紧急控制位URG）；

            6）最大四十个字节选项，包括MSS（最大报文段长度，默认536）、十字节时间戳（时间戳值、时间戳回送回答，计算RTT，防止序号绕回）等

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一、理想条件：

        传输信道不产生差错；与速度无关，接收方总能及时处理收到的数据。

二、简单的可靠传输：

         停止等待协议：每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认。收到确认再发送下一个分组。

        1、无差错情况；

        2、出现差错：设置超时计时器。   

            注意三点：1）发送方保留分组副本；2）分组和确认分组进行编号；3）超时计时器比平均往返时间长一些。

        3、确认丢失和确认迟到：

            超时。重新发送分组，接收方两个个操作：1）丢弃重复分组；2）向A发送确认；

         这种可靠传输机制也称ARQ（自动重传请求）

         特点：接收方不用请求发送方重传某个出错分组；信道利用率低。

         改进：连续ARQ协议（流水线传输）与滑动窗口协议

三、实际中的可靠传输：

        1、滑动窗口协议：

            1）发送窗口与接收窗口不总是一样大；发送方和接收方各自维护一个发送窗口和接收窗口，单位是字节

            2）对于不按序到达的数据不丢弃，临时存放在接收窗口中；

            3）接收方必须有累计确认功能；

        2、超时重传时间的选择：TCP中记录发送时间和接收到的时间RTT

         平均往返时间RTT，加权平均往返时间RTTs

                   新RTTs =（1 - a）*（旧的RTTs）+ a *（新的RTT样本）（0 <= a < 1，推荐0.125）

         超时重传时间RTO，RTT偏差的加权平均值RTTd

                   RTO = RTTs + 4 x RTTd

                   新的RTTd =（1 - y）*（旧的RTTd）+ y * |RTTs –新的RTT样本| （y推荐0.25）

         在计算平均加权RTTs时，只要报文段重传了，就不采用其往返时间样本。这样RTTs和RTO比较精确；

          3、选择确认SACK

如果收到的报文段无差错，只是未按序号，中间缺少一些序号数据。可以在首部添加选项“选择确认”记录缺少序号段的边界，在建立连接时协商。

   以上为一些要点记录，详细请参考《计算机网络（第七版）》谢希仁