河南财经学院CH5-运输层课件

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1、第 5 章 运输层河南财经学院CH5-运输层课件 5.1 运输层协议概述 5.1.1 进程之间的通信 5.1.2 运输层的两个主要协议 5.1.3 运输层的端口5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述5.2.2 UDP 的首部格式第 5 章 运输层河南财经学院CH5-运输层课件5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点 5.3.2 TCP 的连接5.4 可靠传输的工作原理 5.4.1 停止等待协议 5.4.2 连续 ARQ 协议5.5 TCP 报文段的首部格式第 5 章 运输层（续）河南财经学院CH5-运输层课件第 5 章 运输层（续）5.6 TCP

2、可靠传输的实现 5.6.1 以字节为单位的滑动窗口 5.6.2 超时重传时间的选择 5.6.3 选择确认 SACK5.7 TCP的流量控制 5.7.1 利用滑动窗口实现流量控制 5.7.1 必须考虑传输效率河南财经学院CH5-运输层课件5.8 TCP 的拥塞控制 5.8.1 拥塞控制的一般原理 5.8.2 几种拥塞控制方法 5.8.3 随机早期检测 RED5.9 TCP 的运输连接管理 5.9.1 TCP 的连接建立 5.9.2 TCP 的连接释放 5.9.3 TCP 的有限状态机 第 5 章 运输层（续）河南财经学院CH5-运输层课件从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提供通信服

3、务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。当网络的边缘部分中的两个主机使用网络的核心部分的功能进行端到端的通信时，只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发分组时都只用到下三层的功能。 5.1 运输层协议概述5.1.1 进程之间的通信河南财经学院CH5-运输层课件运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信 54321运输层提供应用进程间的逻辑通信主机 A主机 B应用进程应用进程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 层LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 协议的作用范围运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范

4、围AP3河南财经学院CH5-运输层课件两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。 应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。应用进程之间的通信河南财经学院CH5-运输层课件运输层协议和网络层协议的主要区别 应用进程应用进程IP 协议的作用范围（提供主机之间的逻辑通信）TCP 和 UDP 协议的作用范围（提供进程之

5、间的逻辑通信）因 特 网河南财经学院CH5-运输层课件运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。运输层还要对收到的报文进行差错检测。运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。 运输层的主要功能 河南财经学院CH5-运输层课件运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节（如网络拓扑、所采用的路由选择协议等），它使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。当运输层采用无连

6、接的 UDP协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道。 两种不同的运输协议河南财经学院CH5-运输层课件TCP/IP 的运输层有两个不同的协议：(1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)(2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)5.1.2 运输层的两个主要协议 河南财经学院CH5-运输层课件两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment) UDP 传送的数据单位协

7、议是 UDP 报文或用户数据报。 TCP 与 UDP 河南财经学院CH5-运输层课件TCP/IP 体系中的运输层协议 TCPUDPIP应用层与各种网络接口运输层河南财经学院CH5-运输层课件TCP和UDP 比较TCP/IP 协议簇中最常用的两种传输协议是传输控制协议 (TCP) 和用户数据报协议 (UDP)。这两种协议都用于管理多个应用程序的通信，其不同点在于每个协议执行各自特定的功能。每个 TCP 数据段在封装应用层数据的报头中都有 20 字节的开销。，而每个 UDP 数据段只需要 8 字节的开销。UDP 是一种简单的无连接协议。该协议的优点在于提供低开销数据传输。UDP 中的通信数据段称为

8、数据报。通过此协议，数据报在传输层采用尽力方式传送。使用 UDP 协议的应用包括：域名系统 (DNS)视频流IP 语音 (VoIP)等。TCP 是一种面向连接的协议。为实现额外的功能，TCP 协议会产生额外的开销。TCP 协议功能包括原序处理、可靠传输以及流量、拥塞控制。使用 TCP 协议的应用程序包括：Web 浏览器电子邮件文件传输程序。河南财经学院CH5-运输层课件运行在计算机中的进程是用进程标识符来标志的。运行在应用层的各种应用进程却不应当让计算机操作系统指派它的进程标识符。这是因为在因特网上使用的计算机的操作系统种类很多，而不同的操作系统又使用不同格式的进程标识符。为了使运行不同操作系

9、统的计算机的应用进程能够互相通信，就必须用统一的方法对 TCP/IP 体系的应用进程进行标志。 5.1.3 运输层的端口(Port) 河南财经学院CH5-运输层课件端口寻址识别会话河南财经学院CH5-运输层课件端口寻址netstat 命令河南财经学院CH5-运输层课件解决这个问题的方法就是在运输层使用协议端口号(protocol port number)，或通常简称为端口(port)。虽然通信的终点是应用进程，但我们可以把端口想象是通信的终点，因为我们只要把要传送的报文交到目的主机的某一个合适的目的端口，剩下的工作（即最后交付目的进程）就由 TCP 来完成。端口号(protocol port

10、number)简称为端口(port)河南财经学院CH5-运输层课件端口用一个 16 位端口号进行标志。端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。传输层 的端口 河南财经学院CH5-运输层课件端口寻址端口号的类型河南财经学院CH5-运输层课件熟知端口，数值一般为 01023。登记端口号，数值为102449151，为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这个范围的端口号必须在 IANA 登记，以防止重复。（前两类端口主要用于服务器）客户端口号或短暂端口号，数值为4915265535，留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户

11、进程的报文时，就知道了客户进程所使用的动态端口号。通信结束后，这个端口号可供其他客户进程以后使用。 三类端口 河南财经学院CH5-运输层课件UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即端口的功能和差错检测的功能。虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。5.2 用户数据报协议 UDP 5.2.1 UDP 概述 河南财经学院CH5-运输层课件UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。 UDP 支持

12、一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。UDP 的首部开销小，只有 8 个字节。 UDP 的主要特点 河南财经学院CH5-运输层课件发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 就照样发送，即一次发送一个报文。接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程，一次交付一个完整的报文。应用程序必须选择合适大小的报文。面向报文的 UDP河南财经学院CH5-运输层课件UDP低开销与可靠性对比UDP提供基本的

13、传输层功能低开销UDP 是无连接的，并且不提供复杂的重新传输、排序和流量控制机制使用使用UDP的应用的应用:域名系统 (DNS)简单网络管理协议 (SNMP)动态主机配置协议 (DHCP)路由信息协议 (RIP)简单文件传输协议 (TFTP)网络游戏河南财经学院CH5-运输层课件UDP 是面向报文的 IP 数据报的数据部分IP 首部IP 层UDP 首部UDP 用户数据报的数据部分运输层应用层报文应用层河南财经学院CH5-运输层课件TCP 是面向连接的运输层协议。每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。 TCP 提供可靠交付的服务。

14、TCP 提供全双工通信。面向字节流。 5.3 传输控制协议 TCP 概述 5.3.1 TCP 最主要的特点 河南财经学院CH5-运输层课件TCP 面向流的概念 7 68H发送 TCP 报文段发送方接收方把字节写入发送缓存从接收缓存读取字节应用进程应用进程1230181716151419202145131211H109 H加上 TCP 首部构成 TCP 报文段TCPTCP字节流字节流H表示 TCP 报文段的首部x表示序号为 x 的数据字节TCP 连接河南财经学院CH5-运输层课件TCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接。TCP 对应用进程一次把多长的报文发送到TCP 的缓存中是不关心的。

15、TCP 根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞的程度来决定一个报文段应包含多少个字节（UDP 发送的报文长度是应用进程给出的）。TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。 应当注意河南财经学院CH5-运输层课件TCP 把连接作为最基本的抽象。每一条 TCP 连接有两个端点。TCP 连接的端点不是主机，不是主机的IP 地址，不是应用进程，也不是运输层的协议端口。TCP 连接的端点叫做套接字(socket)或插口。端口号拼接到(contatenated with) IP 地址即构成了套接字。 5.3.2 TCP 的连接 河南财经学院CH5-运输

16、层课件 套接字 socket = (IP地址: 端口号) (5-1)每一条 TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。即： TCP 连接 := socket1, socket2 = (IP1: port1), (IP2: port2) (5-2)套接字 (socket)河南财经学院CH5-运输层课件应用编程接口 API 称为 socket API, 简称为 socket。socket API 中使用的一个函数名也叫作 socket。调用 socket 函数的端点称为 socket。调用 socket 函数时其返回值称为 socket 描述符，可简称为 socket。在操作系统

17、内核中连网协议的 Berkeley 实现，称为 socket 实现。 同一个名词 socket有多种不同的意思 河南财经学院CH5-运输层课件TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口一个发送窗口和一个接收窗口。 TCP 的可靠传输机制用字节的序号进行控制。TCP 所有的确认都是基于序号而不是基于报文段。 TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中。TCP连接的往返时间 RTT 也不是固定不变的。需要使用特定的算法估算较为合理的重传时间。 TCP 可靠通信的具体实现 河南财经学院CH5-运输层课件5.6 TCP 可靠传输的实现5.6.1 以字节为单位的滑动窗口前移不允许发送已发送并收到确认A 的发

18、送窗口 = 20允许发送的序号26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56B 期望收到的序号前沿后沿前移收缩根据 B 给出的窗口值A 构造出自己的发送窗口 TCP 标准强烈不赞成发送窗口前沿向后收缩 河南财经学院CH5-运输层课件不允许发送已发送并收到确认A 的发送窗口位置不变允许发送但尚未发送26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 5

19、3 54 55已发送但未收到确认56P1P2P3不允许接收已发送确认并交付主机B 的接收窗口允许接收26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56未按序收到可用窗口A 发送了 11 个字节的数据 P3 P1 = A 的发送窗口（又称为通知窗口）P2 P1 = 已发送但尚未收到确认的字节数P3 P2 = 允许发送但尚未发送的字节数（又称为可用窗口） 河南财经学院CH5-运输层课件允许发送但尚未发送A 的发送窗口向前滑动26 27 28 29 30 31 32

20、33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55已发送并收到确认不允许发送已发送但未收到确认56P1P2P3允许接收B 的接收窗口向前滑动26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55已发送确认并交付主机不允许接收56未按序收到A 收到新的确认号，发送窗口向前滑动 先存下，等待缺少的数据的到达河南财经学院CH5-运输层课件不允许发送已发送并收到确认A 的发送窗口已满，有效窗口为

21、零26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55已发送但未收到确认56P1P2P3A 的发送窗口内的序号都已用完，但还没有再收到确认，必须停止发送。 河南财经学院CH5-运输层课件一般说来，我们总是希望数据传输得更快一些。但如果发送方把数据发送得过快，接收方就可能来不及接收，这就会造成数据的丢失。流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控

22、制。 5.7 TCP 的流量控制5.7.1 利用滑动窗口实现流量控制河南财经学院CH5-运输层课件seq = 1, DATAseq = 201, DATAseq = 401, DATAseq = 301, DATAseq = 101, DATAseq = 201, DATAseq = 501, DATAACK = 1, ack = 201, rwnd = 300ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100AB允许 A 发送序号 201 至 500 共 300 字节A 发送了序号 101 至 200，还能发送 200 字节A

23、 发送了序号 301 至 400，还能再发送 100 字节新数据A 发送了序号 1 至 100，还能发送 300 字节A 发送了序号 401 至 500，不能再发送新数据了A 超时重传旧的数据，但不能发送新的数据允许 A 发送序号 501 至 600 共 100 字节A 发送了序号 501 至 600，不能再发送了不允许 A 再发送（到序号 600 为止的数据都收到了）丢失！流量控制举例A 向 B 发送数据。在连接建立时，B 告诉 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（字节）”。河南财经学院CH5-运输层课件在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变

24、坏产生拥塞(congestion)。出现资源拥塞的条件： 对资源需求的总和 可用资源 (5-7) 若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。 5.8 TCP的拥塞控制5.8.1 拥塞控制的一般原理 河南财经学院CH5-运输层课件流量机制用来保证发送端不会以高于接收者能承受的速率传输数据,一般涉及到接收者向发送者发送反馈。一般只与某个发送者和某个接收者之间的点到点通信有关。拥塞控制确保通信子网能够有效为主机传递分组，这是一个全局性的问题，涉及到所有主机、所有路由器、路由器中的存储-转发处理以及所有导致削弱通信子网能力的其他因素。拥塞控制与流

25、量控制的关系 河南财经学院CH5-运输层课件拥塞控制是很难设计的，因为它是一个动态的（而不是静态的）问题。当前网络正朝着高速化的方向发展，这很容易出现缓存不够大而造成分组的丢失。但分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因。在许多情况下，甚至正是拥塞控制本身成为引起网络性能恶化甚至发生死锁的原因。这点应特别引起重视。 拥塞控制的一般原理 河南财经学院CH5-运输层课件发送方维持一个叫做拥塞窗口 cwnd (congestion window)的状态变量。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。如再考虑到接收方的接收能力，则发送窗口还可能小于拥塞窗

26、口。发送方控制拥塞窗口的原则是：只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口就再增大一些，以便把更多的分组发送出去。但只要网络出现拥塞，拥塞窗口就减小一些，以减少注入到网络中的分组数。 5.8.2 几种拥塞控制方法1. 慢开始和拥塞避免河南财经学院CH5-运输层课件在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口 cwnd = 1，即设置为一个最大报文段 MSS 的数值。在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口加 1，即增加一个 MSS 的数值。用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd，可以使分组注入到网络的速率更加合理。 慢开始算法的原理 河南财经学院CH5-运输层课件发送方接收方发送 M1 确认 M

27、1发送 M2M3 确认 M2M3 发送 M4M7 确认 M4M7 cwnd = 1 cwnd = 2 cwnd = 4 发送 M8M15cwnd = 8 tt发送方每收到一个对新报文段的确认（重传的不算在内）就使 cwnd 加 1。 轮次 1轮次 2轮次 3河南财经学院CH5-运输层课件使用慢开始算法后，每经过一个传输轮次，拥塞窗口 cwnd 就加倍。 一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间 RTT。“传输轮次”更加强调：把拥塞窗口 cwnd 所允许发送的报文段都连续发送出去，并收到了对已发送的最后一个字节的确认。例如，拥塞窗口 cwnd = 4，这时的往返时间 RTT 就是发送方连续发送

28、4 个报文段，并收到这 4 个报文段的确认，总共经历的时间。 传输轮次(transmission round)河南财经学院CH5-运输层课件为了防止拥塞窗口cwnd过大引起网络拥塞，设置ssthresh慢开始门限 ssthresh 的用法如下：当 cwnd ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法。拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口 cwnd 缓慢地增大，即每经过一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口 cwnd 加 1，而不是加倍，使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长。拥塞避免（设置慢开始门

29、限状态变量ssthresh）河南财经学院CH5-运输层课件无论在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有按时收到确认），就要把慢开始门限 ssthresh 设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半（但不能小于2）。然后把拥塞窗口 cwnd 重新设置为 1，执行慢开始算法。这样做的目的就是要迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕。 当网络出现拥塞时河南财经学院CH5-运输层课件2216慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口置为 1。图中的窗口单位不使用字节而使用报文段。慢开始门限的初

30、始值设置为 16 个报文段，即 ssthresh = 16。“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端的发送窗口不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我们假定接收端窗口足够大，因此现在发送窗口的数值等于拥塞窗口的数值。2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthres

31、h 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件慢开始和拥塞避免算法的实现举例 在执行慢开始算法时，拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1，发送第一个报文段 M0。 2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端每收到一个确认 ，就把 cwnd 加 1。于是发

32、送端可以接着发送 M1 和 M2 两个报文段。 2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件慢开始和拥塞避免算法的实现举例 接收端共发回两个确认。发送端每收到一个对新报文段的确认，就把发送端的 cwnd 加 1。现在 cwnd 从 2 增大到 4，并可接着发送后面的 4 个报文段。 2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 sst

33、hresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端每收到一个对新报文段的确认，就把发送端的拥塞窗口加 1，因此拥塞窗口 cwnd 随着传输轮次按指数规律增长。 2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当拥塞

34、窗口 cwnd 增长到慢开始门限值 ssthresh 时（即当 cwnd = 16 时），就改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按线性规律增长。 2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥

35、塞避免“加法增大”慢开始和拥塞避免算法的实现举例 假定拥塞窗口的数值增长到 24 时，网络出现超时，表明网络拥塞了。 传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件2216“乘法减小”24681012141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”慢开始和拥塞避免算法的实现举例 更新后的 ssthresh 值变为 12（即发送窗口数值 24 的一半），拥塞窗口再重新设置为 1，并执行慢开始算法。 传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件2216“乘法减小”2468101

36、2141618200048122024拥塞窗口 cwnd新的 ssthresh 值网络拥塞指数规律增长ssthresh 的初始值慢开始慢开始慢开始拥塞避免“加法增大”拥塞避免“加法增大”慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 cwnd = 12 时改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按按线性规律增长，每经过一个往返时延就增加一个 MSS 的大小。 传输轮次河南财经学院CH5-运输层课件2. 快重传和快恢复快重传算法首先要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认。这样做可以让发送方及早知道有报文段没有到达接收方。 发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段。 不难看出，快重

37、传并非取消重传计时器，而是在某些情况下可更早地重传丢失的报文段。 河南财经学院CH5-运输层课件快重传举例发送方接收方发送 M1 确认 M1t 确认 M2 发送 M2发送 M3发送 M4 ？发送 M5发送 M6 重复确认 M2 立即重传 M3 重复确认 M2 重复确认 M2 t发送 M7收到三个连续的对 M2 的重复确认立即重传 M3丢失河南财经学院CH5-运输层课件(1)当发送端收到连续三个重复的确认时，就执行“乘法减小”算法，把慢开始门限 ssthresh 减半。但接下去不执行慢开始算法。 (2)由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞，因此现在不执行慢开始算法，即拥塞窗口 cwnd 现在

38、不设置为 1，而是设置为慢开始门限 ssthresh 减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法（“加法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大。 快恢复算法 河南财经学院CH5-运输层课件从连续收到三个重复的确认转入拥塞避免 242468101214161820220048121620传输轮次拥塞窗口 cwnd收到 3 个重复的确认执行快重传算法慢开始“乘法减小”拥塞避免“加法增大”TCP Reno版本TCP Tahoe 版本(已废弃不用）ssthresh 的初始值拥塞避免“加法增大”新的 ssthresh 值慢开始快恢复河南财经学院CH5-运输层课件TCP拥塞控制方法1.满开始2.拥塞避免3.快重传

39、4.快恢复河南财经学院CH5-运输层课件发送方的发送窗口的上限值应当取为接收方窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd 这两个变量中较小的一个，即应按以下公式确定：发送窗口的上限值 Min rwnd, cwnd (5-8)当 rwnd cwnd 时，是接收方的接收能力限制发送窗口的最大值。当 cwnd rwnd 时，则是网络的拥塞限制发送窗口的最大值。 发送窗口的上限值河南财经学院CH5-运输层课件运输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。连接建立过程中要解决以下三个问题：要使每一方能够确知对方的存在。要允许双方协商一些参数（如

40、最大报文段长度，最大窗口大小，服务质量等）。能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进行分配。 5-9 TCP 的运输连接管理1. 运输连接的三个阶段 河南财经学院CH5-运输层课件TCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)。被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。 客户服务器方式 河南财经学院CH5-运输层课件用三次握手建立 TCP 连接 SYN = 1, seq = xCLOSEDCLOSED主动打开被动打开AB客户服务器5.9.1 TCP 的连接建立A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步位 SY

41、N = 1，并选择序号 seq = x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。河南财经学院CH5-运输层课件用三次握手建立 TCP 连接 SYN = 1, seq = xCLOSEDCLOSED主动打开被动打开AB客户服务器5.9.1 TCP 的连接建立SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1 B 的 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则 发回确认。 B 在确认报文段中应使 SYN = 1，使 ACK = 1， 其确认号ack = x 1，自己选择的序号 seq = y。河南财经学院CH5-运输层课件SYN = 1, seq = xACK = 1, se

42、q = x + 1, ack = y 1CLOSEDCLOSED主动打开被动打开AB客户服务器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1 A 收到此报文段后向 B 给出确认，其 ACK = 1， 确认号 ack = y 1。 A 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。 河南财经学院CH5-运输层课件SYN = 1, seq = xACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1CLOSEDCLOSED数据传送主动打开被动打开AB客户服务器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1 B 的 TCP 收到主机 A 的确认后

43、，也通知其上层 应用进程：TCP 连接已经建立。河南财经学院CH5-运输层课件SYN-SENTESTAB-LISHEDSYN-RCVDLISTENESTAB-LISHED用三次握手建立 TCP 连接的各状态 SYN = 1, seq = xACK = 1, seq = x + 1, ack = y 1CLOSEDCLOSED数据传送主动打开被动打开AB客户服务器5.9.1 TCP 的连接建立SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x 1河南财经学院CH5-运输层课件FIN = 1, seq = uCLOSED主动关闭数据传送ESTAB-LISHEDESTAB-LISHE

44、DAB客户服务器CLOSED5.9.2 TCP 的连接释放 数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。 现在 A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放 报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP 连接。 A 把连接释放报文段首部的 FIN = 1，其序号 seq = u，等待 B 的确认。河南财经学院CH5-运输层课件FIN = 1, seq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1主动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器5.9.2 TCP 的连接释放 B 发出确认，确认号 ack = u 1， 而这个报文段自己的序号 seq

45、 = v。 TCP 服务器进程通知高层应用进程。 从 A 到 B 这个方向的连接就释放了，TCP 连接 处于半关闭状态。B 若发送数据，A 仍要接收。河南财经学院CH5-运输层课件FIN = 1, seq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器数据传送5.9.2 TCP 的连接释放 若 B 已经没有要向 A 发送的数据， 其应用进程就通知 TCP 释放连接。 河南财经学院CH5-运输层课件FIN = 1, s

46、eq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器数据传送5.9.2 TCP 的连接释放 A 收到连接释放报文段后，必须发出确认。 ACK = 1, seq = u + 1, ack = w 1河南财经学院CH5-运输层课件CLOSEDACK = 1, seq = u + 1, ack = w 1FIN = 1, seq = uACK = 1, seq = v, ack= u 1FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u 1FIN-WAIT-1CLOSE-WAITFIN-WAIT-2LAST-ACK等待 2MSLTIME-WAIT主动关闭被动关闭数据传送通知应用进程ESTAB-LISHEDESTAB-LISHEDAB客户服务器数据传送CLOSED5.9.2 TCP 的连接释放 TCP 连接必须经过时间 2MSL 后才真正释放掉。 河南财经学院CH5-运输层课件