计算机网络笔记之 25 TCP:可靠（reliable）传输服务

三大网络层传输的遗留问题：

• 丢失
• 乱序
• 延时

transmission control protocol （TCP）

TCP建立一种逻辑连接，是传输层的协议，提供可靠的传输服务

特点:

• 完全可靠（无重复，不丢包） （每个报文都有编号不会乱序）
• 面向连接 （通信前先建立连接，建立后，data顺着连接源源不断地传输）
• 全双工流的传输服务 （双向+异步）
• 端到端的通信协议 （两个进程直接通信：end to end,point to point）
• 流接口（流：有序号，不会乱序）
• 可靠的连接启动与关闭 （三次握手四次挥手）(发完数据就会关闭连接不占用带宽)

底层硬件并不支持物理连接。传输层使用网络层IP地址来构建逻辑连接。

连接

• 物理连接：专门有一条线路实现两端的直接通信
• 逻辑连接：两端只是逻辑上可达（间接的物理连接）

TCP数据报

TCP借助IP来传输数据。
每一个TCP数据报都会被封装到一个IP数据报中，然后发送到Internet中。
IP不会读取/改变TCP数据报的内容。（整个TCP报文都作为IP数据报的payload）

实现可靠性

可靠性的最大的问题在于：

• 底层硬件传输时未必可靠的。
• PC重启

包丢失和重发

通过实现一个重传方案
接收端：
接收端收到IP报文，回送源端一个响应报文（ACK）作为确认
源端：
TCP程序重传丢失的IP报文

• 条件：超时没有收到响应报文 超时：2台通信主机之间的TCP协议来定时间(动态调整，根据某个算法)
  传输过程中：每一条信息的传输都会有一个ack回复

重传时间的确定

• 确定的重传时间T
• 2的指数级确定方式

•   按照2的指数作为重传时间，超时，重传时间加倍。 如果最近三个数据报文的发送-响应时间小于Ti/2，那下次的Ti就会减半。
  

• 按照一定统计算法迭代调整

•   根据一段时间内的发送-响应周期的分布，调整重传时间为一段时间内的统计结果Ts和前一段重传时间Ti的加权值。 T（i+1）=aTi+bTs
  

自适应重传

TCP监视时延（发送时记下时间，收到响应时提取时间）
调整重传时间来适应变化的情况。

缓冲 流量控制与窗口

TCP使用窗口机制来控制数据流量。

当连接建立起来的时候，连接的每一端都会分配出一个buffer用于存放发来的数据，然后发送当前缓冲区的尺寸来告诉另一端尚可接受数据的大小。
window：当前时间下buffer可用的空间。

三次握手（TCP建立全双工的连接） 解决可靠性

tcp的运输链接

• 连接建立
• 数据传送
• 连接释放
  连接建立的三大问题：

1. 要使彼此得知对方的存在
2. 要使双方协商一些参数（最大报文长度，最大窗口大小，服务质量等等）
3. 能够对运输实体资源（缓存大小，连接表中的项目等等）进行分配
   TCP连接的建立采用：Client（主动建立连接的应用进程）-Server方式（被动等待连接建立的应用进程）(CS模式)

三次握手

1. client端发出SYN的TCP报文请求建立连接 （seq=x）
2. server端发出ACK,SYN报文，确定收到建立起c->s的单工通信的同时，发出报文中的SYN=1也是向client端请求建立全双工的另一半连接 (seq = y ack = x+1)
3. client端发出ack确认报文，TCP连接正式建立 (ack = y+1)
   注意这三者的seq值。
   然后即可进行数据传输，这一部分可以参考计算机网络实验TCP通信的代码：
   Viende:TCP计网实验代码

四次挥手断开连接

数据传输结束后，通信双方都可以释放连接

1. Client首先对Server发出连接释放报文FIN=1 seq=u。停止数据的发送（之后只会发送通信状态确认的报文，不会再发送有效数据信息）等待B的确认
2. Server端发出确认报文，ack=u+1，seq= v。TCP服务器端告知高层应用进程，此时Client->Server这一半的通信就已经释放了。TCP连接处于半关闭状态。但server若要发送给client数据，client仍然要接受。
3. Server端发出FIN=1 ack=1的结束连接报文请求。seq = w ack=u+1
4. client端收到释放连接报文时，发出确认ack = w+1，经过一段时间（2ms，保证client发送的最后一个ack报文能够到达B，本连接持续时间内的所有报文段都从网路中消失），双方断开tcp连接，释放连接上的所有资源（buffer，port，带宽）

拥塞（congestion）控制技术

在现代互联网中，丢包更可能被网络拥塞导致，而不是硬件上的错误
TCP使用丢包率来衡量网络的拥塞程度。通过减少包丢失率来控制拥塞
三种控制拥塞的技术

• 慢启动
• 加速递减
• 拥塞避免

TCP的报文格式（不能叫帧格式。那是数据链路层的术语）

源端口 (2B) 目的端口（2B）+seq (4B)+ack(4B)+headlen(4位)+后续（滑动窗口buffermax ：2B 所以是65535个存储单元）

FIN:释放连接
ACK：确认报文 ack字段是否有效
SYN：连接报文