4 TCP 可靠传输

Wu Jun 2020-02-19 12:48:24
04 计算机网络 > 5 传输层

TCP 使用超时重传来实现可靠传输:如果一个已经发送的报文段在超时时间内没有收到确认,那么就重传这个报文段。

1 可靠传输的工作原理

使用可靠传输协议,当出现差错时让发送方重传出现差错的数据,同时在接收方来不及处理收到的数据时,及时告诉发送方适当降低发送数据的速度。

自动重传请求(Automatic Repeat-reQuest,ARQ)是 OSI 模型中数据链路层和传输层的错误纠正协议之一。它通过使用确认和超时这两个机制,在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输。如果发送方在发送后一段时间之内没有收到确认帧,它通常会重新发送。ARQ 包括停止等待 ARQ 协议和连续 ARQ 协议。

1.1 停止等待 ARQ 协议

“停止等待"就是每发送完一个分组就停止发送,等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。

1)确认再发送,超时重传

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2)确认丢失和确认迟到

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1.2 连续 ARQ 协议(流水线)

为了提高传输效率,发送方可以不使用低效率的停止等待协议,而是采用流水线传输。流水线传输就是发送方可连续发送多个分组,不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。这样可使信道上一直有数据不间断地在传送。

连续 ARQ 协议可提高信道利用率,采用流水线传输。

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2 可靠传输的实现

2.1 滑动窗口

窗口是缓存的一部分,用来暂时存放字节流。发送方和接收方各有一个窗口,接收方通过 TCP 报文段中的窗口字段告诉发送方自己的窗口大小,发送方根据这个值和其它信息设置自己的窗口大小。

发送窗口内的字节都允许被发送,接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认,那么就将发送窗口向右滑动一定距离,直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态;接收窗口的滑动类似,接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机,就向右滑动接收窗口。

接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认,例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35},其中 {31} 按序到达,而 {34, 35} 就不是,因此只对字节 31 进行确认。发送方得到一个字节的确认之后,就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。

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发送缓存和接收缓存

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2.2 超时重传时间的选择

TCP 采用了一种自适应算法,记录一个报文段发出的时间,以及收到相应的确认的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时间 RTT。 TCP 保留了 RTT 的一个加权平均往返时间 RTTs。

在计算加权平均 RTTs 时,只要报文段重传了,就不采用其往返时间样本。报文段每重传一次,就把超时重传时间 RTO 增大一些。

2.3 选择确认 SACK

选择确认(Selective ACK),可让发送方只传送缺少的数据而不重传己经正确到达接收方的数据。

要在 TCP 首部的选项中加上“允许 SACK”的选项,而双方必须都事先商定好。在 TCP 报文段的首部中都增加了 SACK 选项,以便报告收到的不连续的字节块的边界。

SACK 文档并没有指明发送方应当怎样响应 SACK。因此大多数的实现还是重传所有未被确认的数据块。