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1、,第5章 端到端协议,解放军理工大学陈 鸣 博士 ,计算机网络原理课程,第17讲 TCP,教学提示,教学目的 掌握基础性重要问题：多路复用/分解、套接字和TCP拥塞控制 重要知识点 多路复用/分解 套接字编程 UDP 学习方法 交替地讨论原理和对应的机制协议,3,计算机网络：原理与实践,第5章 端到端协议,TCP 拥塞控制原理 TCP拥塞控制,第5章：内容提要,5.1运输层协议概述 5.2多路复用与多路分解 5.3无连接的运输协议UDP,5.4面向连接的运输协议TCP TCP概述 TCP报文段结构 TCP可靠数据传输机制 TCP流量控制 TCP连接管理 5.5拥塞控制原理 5.6TCP拥塞控制
2、 5.7小结,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,4,TCP的工作过程,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,5,计算机网络：原理与实践,6,TCP特点 RFC 793, 1122, 1323, 2018, 2581,客户/服务器模式 服务器被动打开，客户主动打开 面向字节流 无结构的字节流 流量控制 发送方不能淹没接收方 拥塞控制 抑止发送方速率来防止过分占用网络资源,面向连接的端到端 连接建立过程为三次握手 运行在两个端系统上 点对点 一个发送方, 一个接收方 全双工数据 同一连接上的双向数据流 MSS: 最大报文段长度 MTU:最大传输单元 可靠的交付服务 保证无差错、不丢
3、失、不重复、且按序地到达,第5章 端到端协议,第5章：内容提要,5.1运输层协议概述 5.2多路复用与多路分解 5.3无连接运输协议UDP,5.4面向连接的运输协议TCP TCP概述 TCP报文段结构 TCP可靠数据传输机制 TCP流量控制 TCP连接管理 5.5拥塞控制原理 5.6TCP拥塞控制 5.7小结,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,7,TCP 首部,20 字节的 固定首部,32 bit,比特 0 8 16 24 31,TCP 数据部分,TCP 首部,TCP 报文段,IP 数据部分,IP 首部,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,8,TCP 报文段结构,第5章 端到
4、端协议,计算机网络：原理与实践,9,第5章：内容提要,5.1运输层协议概述 5.2多路复用与多路分解 5.3无连接运输协议UDP,5.4面向连接的运输协议TCP TCP概述 TCP报文段结构 TCP可靠数据传输机制 TCP流量控制 TCP连接管理 5.5拥塞控制原理 5.6TCP拥塞控制 5.7小结,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,10,TCP可靠数据传输机制,TCP重要功能：可靠传输 所依赖的IP服务是尽力而为的、不可靠的服务 TCP协议能够确保一个进程从其接收缓存中读出数据流是可靠数据流,使用序号、确认、超时重传、滑动窗口等可靠数据传输机制 端系统面对复杂的网络环境，只能自行推
5、断估计网络情况 TCP可靠数据传输方法更为复杂,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,11,问题：如何实现TCP可靠数据传输？,数据序号和确认号机制：例子,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,12,TCP序号和确认号处理,数据是无结构、有序的字节流 报文段的序号是该报文段字节流的首字节编号 TCP的高效载答机制 确认机制是捎带(piggybacked)的 累积确认 确认号隐含表明了前面所有字节已正确收到 对失序报文段的处理方式 未规定，可用“回退N步协议”和“选择重传协议” 初始序号的选择 双方均可随机地选择,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,13,超时重传定时器估值,
6、规定时间内没有收到对方的确认ACK，就认为丢包，需重传分组,时限设置过大，降低协议效率 时限设置过小，人为增加时延丢包 超时时限 RTT,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,14,问题：超时重传定时器估值为什么重要？,问题: 如何设置TCP 超时值?,TCP RTT的估计与超时,RTT样本: 从发送报文段到接收到ACK的测量时间 忽略重传 RTT样本会变化,希望估计的RTT“较平滑” 平均最近的测量值,并不仅仅是当前RTT样本,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,15,问题: RTT变动可能较大，如何估计RTT值?,计算机网络：原理与实践,16,RTT估计值 (1 ) RTT估
7、计值 RTT样本,指数加权移动平均(Exponential weighted moving average) 越近的样本越能较好地反映出网络的当前情况，而过去的样本以指数级衰减反复产生影响 典型值: = 0.125,TCP RTT估计与超时 (续),第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,17,RTT估计的例子,RTT样本 RTT估计值,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,18,TCP RTT估计与超时 (续),RFC 2988定义了RTT偏差，即估算RTT样本一般会偏离RTT估计值的程度,RTT偏差 (1 ) RTT偏差 RTT样本 RTT估计值| (典型地, = 0.25),第
8、5章 端到端协议,RTT估值不正确的情况,超时重传：不确定性 Karn算法：只要报文段重传了，就不再采用该RTT样本,问题:因网络原因而持续增大，将进入死循环 Karn修正算法： 报文段每重传一次，就将超时时限增大一倍，而保持RTT估计值不变 当报文段不再重传时再计算 “运行代码”原则的重要性,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,19,小 结,已学习端到端协议的内容: TCP特点 TCP报文段结构 TCP序号和确认号 超时重传定时器的估值,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,20,课后作业,简单解释TCP的如下特性：面向连接的端到端、点对点、全双工数据、可靠的交付服务、客户/服
9、务器模式、面向字节流、流量控制和拥塞控制。 主机A和B经一条TCP连接通信，并且主机B已经收到了来自A的到字节248的所有字节。假定主机A随后向主机B发送两个紧接着的报文段。第一个和第二个报文段分别包含了40和60 byte的数据。在第一个报文段中，序号是249，源端口号是503, 目的地端口号是80。无论何时主机B接收到来自主机A的报文段，它都会发送确认。 在从主机A发往B的第二个报文段中，序号、源端口号和目的端口号各是什么？ b. 如果第一个报文段在第二个报文段之前到达，在第一个到达报文段的确认中，确认号、源端口号和目的端口号各是什么？,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,21,c
10、.如果第二个报文段在第一个报文段之前到达，在第一个到达报文段的确认中，确认号是什么？ d. 假定由A发送的两个报文段按序到达B。第一个确认丢失了而第二个确认在第一个超时间隔之后到达，如在下一页上的图中所显示的那样。画出时序图，显示这些报文段和发送的所有其他报文段和确认。(假设没有其他分组丢失。)对于你图上每个报文段，标出序号和数据的字节编号；对于你增加的每个应答，标出确认号。 一旦网络出现丢包时，RTT估值算法就要修正，否则可能出错。请阐述可能出现的问题，以及针对这些问题的修正算法。 简要说明TCP连接与网络层的虚电路的区别。,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,22,研讨与实践,准备课堂研讨 TCP是因特网稳定运行的基石 网络拥塞有哪些危害？在因特网发展初期，是否设计了有TCP？ TCP运行在什么地方？它是如何工作，才使因特网稳定工作的？（提示：TCP是运行在端系统上的，它必须要设法获得网络当前的运行状况信息，如何获取？获取什么？） 如果TCP流量不是因特网流量主要成分的话，只靠TCP还能起到这种作用吗？（提示：讨论过大的UDP来流量的危害。） 思考题 TCP使用了哪些可靠数据传输机制？,第5章 端到端协议,计算机网络：原理与实践,23,
