tcp重傳機制，流量控制，擁塞控制

tcp

重傳機制

方式

• 超時重傳

  • 概念

    • 發送數據時設定一個定時器，若在指定時間內沒有收到應答報文，就會重發數據

  • 發生超時重傳的時機

    • 數據包丟失
    • 確認應答丟失

  • 超時時間RTO選擇

    • 略大於RTT
    • 重傳超時策略：超時時間間隔加倍

• 快速重傳

  • 概念

    • 發送方能夠一次發送多個數據包，若中間的某個數據包丟失了，接收方會一直回覆這個丟失的數據包應答報文，接收方若收到三次這個數據包的應答報文，就知道該報文尚未被接收方收到，能夠重傳這個數據包

  • 問題

    • 由於接收方對後續的數據包也返回了丟失的那個應答報文，因此發送方不知道後續的數據包是否丟失，也就不知道應該重傳丟失的數據包仍是把後續的數據包都重傳

• SACK

  • 概念

    • 選擇性重傳，解決快速重傳不知道重傳哪些報文的缺點

  • 實現方式

    • 在tcp頭部「選項」字段里加一個SACK，將緩存的地圖發送給發送方，這樣發送方就知道哪些數據接收方收到了，哪些數據接收方沒有收到，以便重傳接收方沒有收到的數據

  • 參數

    • 要開啓SACK，須要發送方和接收方都支持：net.ipv4.tcp_sack，linux2.4之後默認打開

• D-SACK

  • 概念

    • 對SACK的擴展，經過SACK告訴發送方哪些數據被重複接收了

  • 實現方式

    • 如有發送方有重複發送數據包，會經過SACK告訴發送方這這個數據包已被髮送過

  • 好處

    • 發送方可以知道是發出去的包丟了仍是接收方發送的ACK丟了

      • SACK若告知這個包已被髮送過，那麼說明是接收方發送的ACK丟了

    • 發送方能夠知道發出去的數據包是否被網絡延遲了

      • 發送方在延遲以後會重發數據包，以前的數據包若一段時間後到達了接收方，接收方返回的應答報文中能看到該數據包已經被接收了，是個重複的報文，說明被網絡延遲了，而重發的數據包已被收到

序列號與確認應答（ACK）保證了tcp的可靠傳輸

滑動窗口

引入緣由

• 每發送一個數據都須要進行確認應答，收到了再發送下一個，效率比較低。在窗口大小限制範圍內，能夠無需等待上一個數據包應答，就能夠繼續發送下一個數據包

錯誤處理

• 累計應答

  • 發送數據包丟失

    • 若發送方發送了一批數據包，中間的某個數據包丟失，那麼接收方回覆應答時ACK會回覆丟失的那個數據包，這樣接收方就知道丟失的數據包是哪個，所以能夠從新發送；

  • 應答報文丟失

    • 若接收方返回的這一組數據包中，某一個應答報文丟失了，只要最後一個應答報文發送成功了，接收方就知道這個數據包的實際上是收到了的

窗口大小

• tcp頭裏的字段window

  • 接收方經過這個字段告訴接收方本身還有多少緩衝區能夠接收數據，發送方就能夠根據接收方的處理來發送數據，以避免致使接收方處理不過來，所以窗口的大小是由接收方決定的

• 接收方和發送方的窗口

  • 接收方和發送方的窗口大小基本相等，由於發送方的窗口大小取決於接收方，當接收方處理能力快，窗口變大，經過tcp報文中的window字段告訴接收方，若傳輸過程當中出現了延遲，因此這時兩個窗口大小不一致

擁塞控制

概念

• 流量控制是避免發送方填滿接收方的緩存，但若由於其餘主機之間的通訊形成網絡擁堵，會有超時和丟包發生，這樣會致使重傳 ，網絡負擔會更大，進入惡性循環，因此tcp不能忽略網絡上發生的事，當網絡發生擁堵時，它會下降數據的發送量。擁塞控制的目的就是避免發送方的數據填滿整個網絡

擁塞窗口cwnd

• 發送窗口swnd和接收窗口rwnd是約等於的關係，有了擁塞窗口的概念後，發送窗口swnd=min(cwnd, rwnd)

  • 網絡中沒有出現擁塞，cwnd會增大，反之會減少

• 判斷網絡擁塞的方法

  • 發生超時重傳

• 相關算法

  • 慢啓動

    • tcp剛創建鏈接完成，會有個慢啓動的過程，一點一點提升發送數據包的數量
    • 每接收到一個ack，cwnd大小就會加1，初始化時，cwnd大小爲1，即cwnd大小按指數級增加

    • ssthreshold，slow start thresold，慢啓動門限

      • 當cwnd < ssthreshold時，會採用慢啓動算法
      • 當cwnd >= ssthreshold時，會使用擁塞避免算法

  • 擁塞避免

    • 每收到一個ack，cwnd增長1/cwnd。即囤積了cwnd這麼多個包後，一次性發送過去。以後都會這樣發送，cwnd按線性增加
    • 當一直這麼增加，會慢慢進入擁塞情況，因而開始出現丟包現象，這時須要對丟失的數據進行重傳，當觸發了重傳機制也就進入了擁塞發生算法

  • 擁塞發生

    • 超時重傳

      • ssthreshold設爲cwnd/2
      • cwnd設爲1
      • 即一旦發生超時重傳就從新進入慢啓動

    • 快速重傳

      • 當接收方發現丟了一箇中間包時，會發送三次丟失包的ack，發送方收到後就會快速重傳丟失的包

      • tcp認爲這時候擁塞並不嚴重，只丟了一小部分包，因而

        • cwnd = cwnd/2
        • ssthreshold變爲cwnd
      • 而後進入快速恢復算法

  • 快速恢復

    • cwnd = ssthresold+3
    • 重傳丟失的數據包
    • 若是再收到重複的ack，那麼cwnd+1
    • 收到新的ack後，cwnd變爲ssthreshold，而後進入擁塞避免算法

流量控制

概念

• 流量控制是基於滑動窗口實現的，tcp經過讓接收方指明但願從發送方接收的數據大小（窗口大小）來進行流量控制

問題

• 描述

  • 接收方收到了太多數據，暫時不能接收數據了，因而返回了window大小爲0
  • 發送方發現window大小爲0，因而暫時再也不發送數據包了
  • 接收方處理完數據，能夠繼續處理了，因而在以前已處理完的數據包的應答報文中更新窗口大小，可是該應答報文丟失了，致使接收方沒能收到，因而就一直不發送新的數據包了，出現了死鎖

• 解決方法

  • tcp爲每一個鏈接設定一個持續計時器，只有發起鏈接的一方從對方收到零窗口通知，就啓動計時器；若是持續計時器超時，就會發送窗口探測報文，對方會給出本身如今接收窗口的大小
  • 窗口探測次數通常爲3次，每次大約30-60秒，若是三次後窗口仍是0，有的tcp實現會發起RST報文來中斷鏈接

糊塗窗口綜合症

• 發送方

  • 發送方雖然知道窗口很大，可是每次都只發送不多的數據

• 接收方

  • 接收方太忙，每次都只能從window中取出不多的數據，而後通知發送方，這樣發送方每次也只發送不多的數據

• 問題

  • 每次都只傳輸小包，效率低

• 解決方法

  • 讓接收方不通知小窗口給發送方

    • 當窗口大小小於min(mss,(緩存空間/2))時，就會向發送方通知窗口爲0，阻止發送方後續發送數據過來

      • 注mss，Maximum Segment Size，最大報文長度,MSS是TCP報文段中的數據字段的最大長度，不包括TCP首部的長度

  • 讓發送方不發送小包

    • Nagel算法

      • 發送條件

        • 等到窗口大小>=mss或數據大小>=mss
        • 收到以前發送數據的ack應答
      • 知足發送條件的兩點纔會發送

      • 設置關閉

        • Nagel算法默認開啓，若想要關閉，須要在socket設置TCP_NODELAY來關閉。沒有全局參數，須要每一個應用根據本身的特色來關閉