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【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

2年前作者：Mount256分類：Toy博客閱讀(20)違法舉報(bào)

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議。希望對(duì)大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請(qǐng)大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問。

1 傳輸層概述

1.1 傳輸層的功能

端到端通信：提供應(yīng)用進(jìn)程間的端到端通信（邏輯通信）。因此傳輸層又稱為端到端協(xié)議。
差錯(cuò)檢測(cè)：對(duì)首部和數(shù)據(jù)部分進(jìn)行檢測(cè)。
兩種協(xié)議：面向連接的 TCP、無連接的 UDP。
復(fù)用和分用：

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

概念	解釋
傳輸層 TCP 復(fù)用	發(fā)送方的部分應(yīng)用進(jìn)程的報(bào)文在傳輸層使用 TCP 協(xié)議進(jìn)行封裝
傳輸層 UDP 復(fù)用	發(fā)送方的部分應(yīng)用進(jìn)程的報(bào)文在傳輸層使用 UDP 協(xié)議進(jìn)行封裝
網(wǎng)際層 IP 復(fù)用	發(fā)送方不同協(xié)議的數(shù)據(jù)都可以封裝成 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（IP 協(xié)議字段，TCP 為 6，UDP 為 17）
網(wǎng)際層 IP 分用	接收方的網(wǎng)際層在去除首部后把數(shù)據(jù)交付給上層相應(yīng)的協(xié)議（TCP 或 UDP）
傳輸層 TCP 分用	接收方的傳輸層使用 TCP 協(xié)議去除首部后把數(shù)據(jù)交付給目的應(yīng)用進(jìn)程
傳輸層 UDP 分用	接收方的傳輸層使用 UDP 協(xié)議去除首部后把數(shù)據(jù)交付給目的應(yīng)用進(jìn)程

1.2 端口號(hào)

端口：應(yīng)用進(jìn)程通過端口號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。端口號(hào)長度為 16b，能表示 65535 個(gè)不同的端口號(hào)。

端口號(hào)	類型	解釋
0 ~ 1023	熟知端口號(hào)（服務(wù)端用）	由 IANA 分配給 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層中最重要的一些應(yīng)用協(xié)議
1024 ~ 49151	登記端口號(hào)（服務(wù)端用）	為沒有熟知端口號(hào)的應(yīng)用程序使用。要使用這類端口號(hào)，必須在 IANA 進(jìn)行登記，以防止重復(fù)
49152 ~ 65535	短暫端口號(hào)（客戶端用）	僅在客戶端使用，由客戶進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)選擇，通信結(jié)束后會(huì)被系統(tǒng)收回，以便給其他客戶進(jìn)程使用

需記憶的熟知端口號(hào)：

FTP	SMTP	DNS	DHCP	HTTP	BGP	HTTPS	RIP
21/20	25	53	67/68	80	179	443	520

【注】OSPF 不使用傳輸層協(xié)議，所以沒有對(duì)應(yīng)的端口號(hào)。但 OSPF 的 IP 協(xié)議字段值為 89。

2 TCP 報(bào)文段

2.1 TCP 報(bào)文段首部格式

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

源端口和目的端口：各占 2b，端口是傳輸層與應(yīng)用層的服務(wù)接口。
序號(hào)（seq）：占 32b，取值范圍 0 ~ 2³²-1。用來指出本 TCP 報(bào)文段的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。
確認(rèn)號(hào)（ack）：占 32b，取值范圍 0 ~ 2³²-1。用來指出期望收到對(duì)方下一個(gè) TCP 報(bào)文段的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)，同時(shí)也是對(duì)之前收到的所有數(shù)據(jù)的確認(rèn)。若確認(rèn)號(hào)為 N，則表明序號(hào) N-1 為止的所有數(shù)據(jù)都已收到。
數(shù)據(jù)偏移（首部長度）：占 4b，表示 TCP 首部長度。該字段的取值以 4B 為單位，最大字段值為 15，因此 TCP 首部最大長度為 60B。
保留：占 6b，保留為今后使用，但目前應(yīng)置位 0。
緊急位（URG）：當(dāng) URG=1 時(shí)，此報(bào)文段有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送。
確認(rèn)位（ACK）：當(dāng) ACK=1 時(shí)，確認(rèn)號(hào)字段才有效。TCP 連接建立后，ACK 必須為 1。
推送位（PSH）：當(dāng) PSH=1 時(shí)，就盡快地交付給應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到接收到足夠多的數(shù)據(jù)才向上交付。
復(fù)位位（RST）：當(dāng) RST=1 時(shí)，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)，必須釋放連接，然后再重新建立連接。
同步位（SYN）：當(dāng) SYN=1 且 ACK=0 時(shí)，表明這是一個(gè) TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段。對(duì)方若同意建立連接，則應(yīng)在響應(yīng)的 TCP 報(bào)文段的首部中使 SYN=1 且 ACK=1。
終止位（FIN）：當(dāng) FIN=1 時(shí)，表明此 TCP 報(bào)文段的發(fā)送方已經(jīng)將全部數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，現(xiàn)在要求釋放 TCP 連接。
窗口：占 16b，指出發(fā)送本報(bào)文段的一方的接收窗口的大小，即接收緩存的可用空間大小，用來表征接收方的接收能力。該字段的取值以 1B 為單位。
校驗(yàn)和：占 16b，用來檢查整個(gè) TCP 報(bào)文段在傳輸過程中是否出現(xiàn)了誤碼。
緊急指針：占 16b，用來指明緊急數(shù)據(jù)的長度。該字段的取值以 1B 為單位。
選項(xiàng)：長度可變，有多種選項(xiàng)。其中有個(gè)選項(xiàng)為最大報(bào)文段長度（Maximum Segment Size，MSS），表示報(bào)文段中數(shù)據(jù)部分的最大長度。
填充：為了使整個(gè)首部長度是 4B 的整數(shù)倍。

【注】重點(diǎn)關(guān)注 seq、ack、ACK、SYN、FIN 這幾個(gè)位。

2.2 TCP 數(shù)據(jù)傳送的過程

假設(shè)有客戶機(jī) A 和服務(wù)器 B 已經(jīng)建立了 TCP 連接。

（1）現(xiàn) A 向 B 發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=201, ack=800, ACK=1	100B（seq=201~300）

seq=201：指 A 的數(shù)據(jù)部分是從序號(hào) 201 開始的，數(shù)據(jù)部分總長 100B，因此數(shù)據(jù)部分的最后一個(gè)序號(hào)是 300。
ack=800：指 A 期望 B 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 800 開始的。
ACK=1：連接建立后所有傳送的報(bào)文段都必須置 1。

（2）然后 B 向 A 發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=800, ack=301, ACK=1	200B（seq=800~999）

seq=800：指 B 的數(shù)據(jù)部分是從序號(hào) 800 開始的，數(shù)據(jù)部分總長 200B，因此數(shù)據(jù)部分的最后一個(gè)序號(hào)是 999。
ack=301：指 B 期望 A 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 301 開始的，同時(shí)確認(rèn) A 的報(bào)文段（seq=201~300）已收到。
ACK=1：連接建立后所有傳送的報(bào)文段都必須置 1。

（3）若 A 向 B 發(fā)送 3 個(gè) TCP 確認(rèn)報(bào)文段，其中第 2 個(gè)報(bào)文段丟失：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=201, ack=x, ACK=1	100B（seq=201~300）
seq=301, ack=x, ACK=1	100B（seq=301~400）（丟失）
seq=401, ack=x, ACK=1	100B（seq=401~500）

則 B 僅正確接收第 1 個(gè)和第 3 個(gè)報(bào)文段。此時(shí) B 向 A 發(fā)送的 TCP 報(bào)文段，應(yīng)對(duì)已正確接收且按序到達(dá)的最后一個(gè) TCP 報(bào)文段確認(rèn)，這就是累積確認(rèn)（更詳細(xì)的解釋見第 4 節(jié)內(nèi)容）：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=x, ack=301, ACK=1	200B（seq=x~x+199）

3 TCP 連接管理

TCP 連接有三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳送（上面已述）、連接釋放。

3.1 TCP 連接的建立——三次握手

假設(shè)有客戶機(jī) A 和服務(wù)器 B 準(zhǔn)備建立 TCP 連接。

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

服務(wù)器 B 進(jìn)程處于 LISTEN（監(jiān)聽）狀態(tài)，等待客戶機(jī) A 的連接請(qǐng)求。

3.1.1 客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送 TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段

客戶機(jī) A 向服務(wù)器 B 發(fā)送 TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=x, ack=0, SYN=1, ACK=0	SYN 報(bào)文段不能攜帶數(shù)據(jù)

seq=x：隨機(jī)選取一個(gè)初始序號(hào) x，作為客戶機(jī) A 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的初始序號(hào)。
ack=0：由于 ACK=0，所以 ack 字段無效。
SYN=1：TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 1。
ACK=0：當(dāng) SYN=1，ACK=0 時(shí)，表明這是一個(gè) TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段。

此時(shí)，客戶機(jī) A 進(jìn)入 SYN-SENT（同步已發(fā)送）狀態(tài)。

【注】TCP 規(guī)定同步標(biāo)志位 SYN 被設(shè)置為 1 的報(bào)文段（例如 TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段和 TCP 連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段）不能攜帶數(shù)據(jù)，但要消耗掉一個(gè)序號(hào)。

3.1.2 服務(wù)器向客戶機(jī)發(fā)送 TCP 連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段

服務(wù)器 B 收到 TCP 連接請(qǐng)求報(bào)文段后，向客戶機(jī) A 發(fā)送 TCP 連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=y, ack=x+1, SYN=1, ACK=1	SYN 報(bào)文段不能攜帶數(shù)據(jù)

seq=y：隨機(jī)選取一個(gè)初始序號(hào) y，作為服務(wù)器 B 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的初始序號(hào)。
ack=x+1：服務(wù)器 B 期望收到客戶機(jī) A 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 x+1 開始的，同時(shí)確認(rèn)客戶機(jī) A 的報(bào)文段（seq=x）已收到。
SYN=1：TCP 連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 1。
ACK=1：當(dāng) SYN=1，ACK=1 時(shí)，表明這是一個(gè) TCP 連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段。

此時(shí)，服務(wù)器 B 進(jìn)入 SYN-RCVD（同步已接收）狀態(tài)。

3.1.3 客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段

客戶機(jī) A 收到 TCP 連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段后，向服務(wù)器 B 發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=x+1, ack=y+1, SYN=0, ACK=1	TCP 確認(rèn)報(bào)文段可以攜帶數(shù)據(jù)

seq=x+1：客戶機(jī) A 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的序號(hào)為 x+1。
ack=y+1：客戶機(jī) A 期望收到服務(wù)器 B 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 y+1 開始的，同時(shí)確認(rèn)服務(wù)器 B 的報(bào)文段（seq=y）已收到。
SYN=0：TCP 確認(rèn)報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 0。
ACK=1：當(dāng) SYN=0，ACK=1 時(shí)，表明這是一個(gè)普通的 TCP 確認(rèn)報(bào)文段。

此時(shí)，客戶機(jī) A 進(jìn)入 ESTABLISHED（連接已建立）狀態(tài)。

【注】TCP 規(guī)定普通的 TCP 確認(rèn)報(bào)文段可以攜帶數(shù)據(jù)，但如果不攜帶數(shù)據(jù)，則不消耗序號(hào)。如果該報(bào)文段不攜帶數(shù)據(jù)，則客戶機(jī) A 要發(fā)送的下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文段的序號(hào)仍為 x+1。

服務(wù)器 B 收到 TCP 確認(rèn)報(bào)文段后，也進(jìn)入 ESTABLISHED（連接已建立）狀態(tài)。至此 TCP 連接已建立。

【總結(jié)】TCP 建立連接的過程：

客戶機(jī)：“我有話要跟你講，不知可不可以？”
服務(wù)器：“可以，你講吧！”
客戶機(jī)：“好的！blablabla”

3.2 TCP 連接的釋放——四次揮手

假設(shè)有客戶機(jī) A 和服務(wù)器 B 準(zhǔn)備釋放 TCP 連接。

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

客戶機(jī) A 進(jìn)程和服務(wù)器 B 進(jìn)程處于 ESTABLISHED（連接已建立）狀態(tài)。

3.2.1 客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送 TCP 連接釋放報(bào)文段

客戶機(jī) A 向服務(wù)器 B 發(fā)送 TCP 連接釋放報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=u, ack=v, FIN=1, ACK=1	FIN 報(bào)文段可攜帶也可不攜帶數(shù)據(jù)

seq=u：客戶機(jī) A 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的序號(hào)為 u，它等于客戶機(jī) A 之前已傳送數(shù)據(jù)部分的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加 1。
ack=v：ack 字段的值為 v，它等于客戶機(jī) A 之前已收到數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加 1。
FIN=1：TCP 連接釋放報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 1。
ACK=1：當(dāng) FIN=1，ACK=1 時(shí)，表明這是一個(gè) TCP 連接釋放報(bào)文段。

【注】TCP 規(guī)定，終止標(biāo)志位 FIN 等于 1 的 TCP 報(bào)文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗掉一個(gè)序號(hào)。

此時(shí)，客戶機(jī) A 進(jìn)入 FIN-WAIT-1（終止等待 1）狀態(tài)。

3.2.2 服務(wù)器向客戶機(jī)發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段

服務(wù)器 B 收到 TCP 連接釋放報(bào)文段后，向客戶機(jī) A 發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=v, ack=u+1, FIN=0, ACK=1	TCP 確認(rèn)報(bào)文段可以攜帶數(shù)據(jù)

seq=v：服務(wù)器 B 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的序號(hào)為 v。
ack=u+1：服務(wù)器 B 期望收到客戶機(jī) A 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 u+1 開始的，同時(shí)確認(rèn)客戶機(jī) A 的連接釋放報(bào)文段（seq=u）已收到。
FIN=0：TCP 確認(rèn)報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 0。
ACK=1：當(dāng) FIN=0，ACK=1 時(shí)，表明這是一個(gè)普通的 TCP 確認(rèn)報(bào)文段。

此時(shí)，服務(wù)器 B 進(jìn)入 CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)?？蛻魴C(jī) A 已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了。但服務(wù)器 B 如果還有數(shù)據(jù)要發(fā)送，客戶機(jī) A 仍要接收，即從服務(wù)器 B 到客戶機(jī) A 這個(gè)方向的連接并未關(guān)閉，這稱為半關(guān)閉狀態(tài)，該狀態(tài)可能會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。

3.2.3 服務(wù)器向客戶機(jī)發(fā)送 TCP 連接釋放報(bào)文段

服務(wù)器 B 向客戶機(jī) A 發(fā)送若干個(gè) TCP 確認(rèn)報(bào)文段，直到發(fā)送最后一次報(bào)文段，即 TCP 連接釋放報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=w, ack=u+1, FIN=1, ACK=1	FIN 報(bào)文段可攜帶也可不攜帶數(shù)據(jù)

seq=w：經(jīng)過發(fā)送若干個(gè) TCP 確認(rèn)報(bào)文段，服務(wù)器 B 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的序號(hào)變?yōu)?w。
ack=u+1：服務(wù)器 B 期望收到客戶機(jī) A 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 u+1 開始的，同時(shí)重復(fù)確認(rèn)客戶機(jī) A 的連接釋放報(bào)文段（seq=u）已收到。
FIN=1：TCP 連接釋放報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 1。
ACK=1：當(dāng) FIN=1，ACK=1 時(shí)，表明這是一個(gè) TCP 連接釋放報(bào)文段。

此時(shí)，服務(wù)器 B 進(jìn)入 LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)。

3.2.4 客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段

客戶機(jī) A 收到 TCP 連接釋放報(bào)文段后，向服務(wù)器 B 發(fā)送 TCP 確認(rèn)報(bào)文段：

首部	數(shù)據(jù)部分
seq=u+1, ack=w+1, FIN=0, ACK=1	TCP 確認(rèn)報(bào)文段可以攜帶數(shù)據(jù)

seq=u+1：客戶機(jī) A 的 TCP 報(bào)文段數(shù)據(jù)部分的序號(hào)為 u+1。
ack=w+1：客戶機(jī) A 期望收到服務(wù)器 B 發(fā)來的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分序號(hào)是從 w+1 開始的，同時(shí)確認(rèn)服務(wù)器 B 的連接釋放報(bào)文段（seq=w）已收到。
FIN=0：TCP 確認(rèn)報(bào)文段中的同步標(biāo)志位 SYN 的值必須設(shè)置為 0。
ACK=1：當(dāng) FIN=0，ACK=1 時(shí)，表明這是一個(gè)普通的 TCP 確認(rèn)報(bào)文段。

此時(shí)，客戶機(jī) A 進(jìn)入 TIME-WAIT（時(shí)間等待）狀態(tài)，服務(wù)器 B 收到 TCP 確認(rèn)報(bào)文段后進(jìn)入CLOSED（連接關(guān)閉）狀態(tài)。但是 TCP 連接仍未釋放，必須經(jīng)過 2MSL（最長報(bào)文段壽命，Maximum Segment Lifetime）的時(shí)間后，客戶機(jī) A 才能進(jìn)入 CLOSED（連接關(guān)閉）狀態(tài)。

【總結(jié)】TCP 釋放連接的過程：

客戶機(jī)：“我準(zhǔn)備走了?！?服務(wù)器：“等一下，我還有一些話沒說完。blablabla”
服務(wù)器：“blablabla”
服務(wù)器：“blablabla，我說完了，你可以走了?！?客戶機(jī)：“好的！那我走了！”

4 TCP 流量控制和可靠傳輸

TCP 協(xié)議提供一種基于滑動(dòng)窗口協(xié)議的流量控制機(jī)制。TCP 使用了校驗(yàn)、序號(hào)、確認(rèn)和重傳等機(jī)制來達(dá)到可靠傳輸?shù)哪康?，在下面的過程中將體現(xiàn)這一特點(diǎn)。

假設(shè)有發(fā)送方 A 和接收方 B 已建立 TCP 連接，不考慮 TCP 的擁塞控制。再假定 A 只給 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，B 對(duì) A 進(jìn)行流量控制。

在 A 和 B 建立 TCP 連接后，B 告訴 A：“我的接收窗口 rwnd=500”，因此 A 將自己的發(fā)送窗口 swnd 也設(shè)置為 500。窗口大小是以最大報(bào)文段 MSS 為單位的，一般將 MSS 設(shè)置為 1B，所以 “swnd=500”意思是發(fā)送窗口的大小為 500B。

A 的發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd	√	√	√	√	√
A 已發(fā)送
B 已確認(rèn)
B 已收到

A 發(fā)送數(shù)據(jù)：seq=1，seq=101，seq=201，seq=301，發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd	√	√	√	√	√
A 已發(fā)送	√	√	√	√
B 已確認(rèn)
B 已收到

4.1 接收方對(duì)發(fā)送方的第 1 次流量控制

但是很不巧，seq=201 丟失了，B 只收到 seq=1，seq=101，seq=301。其中 seq=301 是失序報(bào)文段，但 B 不會(huì)丟棄它。TCP 作如下規(guī)定：每接收到一個(gè)失序報(bào)文段，就要發(fā)送一次冗余 ACK，指明下一個(gè)期待的報(bào)文數(shù)據(jù)序號(hào)。

很明顯，現(xiàn)在 B 期望收到 seq=201 的報(bào)文，因此 seq=301 是不會(huì)被確認(rèn)的，這被稱為累積確認(rèn)?，F(xiàn)在 B 的接收窗口已經(jīng)接受了 200B 的數(shù)據(jù)，還有 300B 未接收，于是發(fā)送 ACK=1，ack=201，rwnd=300 的冗余報(bào)文給 A。

此時(shí)發(fā)送方 A 的 swnd 調(diào)整為 300，swnd 滑動(dòng)到首個(gè)未確認(rèn)的數(shù)據(jù)位置。發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd			√	√	√
A 已發(fā)送	√	√	√	√
B 已確認(rèn)	√	√
B 已收到	√	√		√

發(fā)送方 A 繼續(xù)發(fā)送 seq=401，對(duì)于接收方 B 來說，seq=401 依然是失序報(bào)文段，繼續(xù)發(fā)送 ACK=1，ack=201，rwnd=300 的冗余報(bào)文給 A。此時(shí)發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd			√	√	√
A 已發(fā)送	√	√	√	√	√
B 已確認(rèn)	√	√
B 已收到	√	√		√	√

4.2 接收方對(duì)發(fā)送方的第 2 次流量控制

發(fā)送方 A 也沒有對(duì) seq=201 坐視不理，實(shí)質(zhì)上從發(fā)出 seq=201 開始，重傳計(jì)時(shí)器也開始計(jì)數(shù)了，A 發(fā)現(xiàn)計(jì)時(shí)器超時(shí)但仍未收到來自 B 的確認(rèn)，于是進(jìn)行超時(shí)重傳。

【注】其實(shí)，當(dāng)發(fā)送方 A 連續(xù)收到三個(gè)冗余 ACK 后，就可以立即重新發(fā)送 seq=201，而不必等待計(jì)時(shí)器超時(shí)，這被稱為快重傳算法，在下一節(jié)“擁塞控制”將提到。

接收方 B 收到 seq=201 后，由于網(wǎng)絡(luò)流量原因，接收窗口需減小到 100B，于是返回 ACK=1，ack=501，rwnd=100 的報(bào)文。此時(shí)發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd						√
A 已發(fā)送	√	√	√	√	√
B 已確認(rèn)	√	√	√	√	√
B 已收到	√	√	√	√	√

發(fā)送方 A 發(fā)送 seq=501，此時(shí)發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd						√
A 已發(fā)送	√	√	√	√	√	√
B 已確認(rèn)	√	√	√	√	√
B 已收到	√	√	√	√	√

4.3 接收方對(duì)發(fā)送方的第 3 次流量控制

接收方 B 收到 seq=501 后，返回 ACK=1，ack=601，rwnd=0 的報(bào)文，表示 B 不再接收任何數(shù)據(jù)。此時(shí)發(fā)送緩沖區(qū)情況如下：

數(shù)據(jù)	1~100B	101~200B	201~300B	301~400B	401~500B	501~600B	601~700B	701~800B
swnd
A 已發(fā)送	√	√	√	√	√	√
B 已確認(rèn)	√	√	√	√	√	√
B 已收到	√	√	√	√	√	√

由于發(fā)送方 A 的 swnd=0，因此 A 不能發(fā)送任何數(shù)據(jù)了。接收方 B 必須發(fā)送一個(gè)非零窗口通知，以告知發(fā)送方 A：“你可以開始發(fā)送大小為 xxx 的窗口了?！彼?，A 一直在等待這個(gè)通知，只要收到通知，將恢復(fù)傳輸過程。

然而可能會(huì)出現(xiàn)這樣一種情況：B 發(fā)出的通知丟失，A 只能無限等待下去。為了打破由于非零窗口通知報(bào)文段丟失而引起的雙方互相等待的死鎖局面，TCP 為每一個(gè)連接都設(shè)有一個(gè)持續(xù)計(jì)時(shí)器：

只要 TCP 連接的一方收到對(duì)方的零窗口通知，就啟動(dòng)持續(xù)計(jì)時(shí)器。
當(dāng)持續(xù)計(jì)時(shí)器超時(shí)時(shí)，就發(fā)送一個(gè)零窗口探測(cè)報(bào)文段，僅攜帶 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)。
對(duì)方在確認(rèn)這個(gè)零窗口探測(cè)報(bào)文段時(shí)，給出自己現(xiàn)在的接收窗口值 rwnd。
- 如果接收窗口值 rwnd 仍然是 0，那么收到這個(gè)報(bào)文段的一方就重新啟動(dòng)持續(xù)計(jì)時(shí)器，繼續(xù)以上過程。
- 如果接收窗口值 rwnd 不是 0，那么死鎖的局面就可以被打破了。

【注】TCP 規(guī)定：即使接收窗口值為 0，也必須接受零窗口探測(cè)報(bào)文段、確認(rèn)報(bào)文段以及攜帶有緊急數(shù)據(jù)的報(bào)文段。

5 TCP 擁塞控制

5.1 慢開始和擁塞避免

設(shè)置一個(gè)慢開始門限閾值 ssthresh，初始值為 16。根據(jù)發(fā)送方的擁塞窗口 cwnd 的大小執(zhí)行不同的算法：

當(dāng) cwnd < ssthresh 時(shí)，使用慢開始算法；
當(dāng) cwnd > ssthresh 時(shí)，使用擁塞避免算法；
當(dāng) cwnd = ssthresh 時(shí)，使用擁塞避免算法。

慢開始算法：從 cwnd=1 開始，每經(jīng)過一個(gè)傳輸輪次（即往返時(shí)延 RTT）指數(shù)規(guī)律增長，cwnd=2，cwnd=4，cwnd=8，當(dāng) cwnd = ssthresh = 16 時(shí)，改用擁塞避免算法。

擁塞避免算法：每經(jīng)過一個(gè)傳輸輪次（即往返時(shí)延 RTT），cwnd 加 1，即線性規(guī)律增長。只要發(fā)送方判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，則令 ssthresh = cwnd / 2。然后令 cwnd=1，重新執(zhí)行慢算法。

【注】傳輸輪次和往返時(shí)延的區(qū)別：

傳輸輪次：發(fā)送一批報(bào)文段并收到它們的確認(rèn)的時(shí)間。

往返時(shí)延 RTT：開始發(fā)送一批報(bào)文段到開始發(fā)送下一批報(bào)文段的時(shí)間。

例如有以下傳輸過程：

傳輸輪次	cwnd	發(fā)送的 TCP 數(shù)據(jù)部分的序號(hào)	算法	備注
1	1	0 號(hào)	慢開始	初始時(shí)，cwnd = 1，ssthresh = 16
2	2	1 ~ 2 號(hào)	慢開始
3	4	3 ~ 6 號(hào)	慢開始
4	8	7 ~ 14 號(hào)	慢開始
5	16	15 ~ 30 號(hào)	擁塞避免	cwnd = ssthresh = 16
6	17	31 ~ 47 號(hào)	擁塞避免
7	18	48 ~ 64 號(hào)	擁塞避免
…	…	…
13	24	171 ~ 194 號(hào)	擁塞避免	重傳計(jì)時(shí)器發(fā)生超時(shí)，說明網(wǎng)絡(luò)擁塞，ssthresh = cwnd/2 = 12
14	1	195 號(hào)	慢開始	cwnd 重新設(shè)置為 1
15	2	196 ~ 197 號(hào)	慢開始
16	4	198 ~ 201 號(hào)	慢開始
17	8	202 ~ 209 號(hào)	慢開始
18	12	210 ~ 221 號(hào)	擁塞避免	cwnd = 16 > ssthresh = 12，改用擁塞避免算法
19	13	222 ~ 234 號(hào)	擁塞避免
…	…	…

慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)過程如下圖：

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

【注】慢開始和擁塞避免的含義：

“慢開始”是指一開始向網(wǎng)絡(luò)注入的報(bào)文段少，而并不是指擁塞窗口 cwnd 的值增長速度慢。

“擁塞避免”也并非指完全能夠避免擁塞，而是指在擁塞避免階段將 cwnd 值控制為按線性規(guī)律增長，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞。

5.2 快重傳和快恢復(fù)

快重傳和快恢復(fù)是對(duì)慢開始和擁塞避免算法的改進(jìn)。根據(jù)發(fā)送方的擁塞窗口 cwnd 的大小執(zhí)行不同的算法：

當(dāng) cwnd < ssthresh 時(shí)，若是首次傳輸，則使用慢開始算法；如果不是首次傳輸，則使用擁塞避免算法；
當(dāng) cwnd > ssthresh 時(shí)，使用擁塞避免算法；
當(dāng) cwnd = ssthresh 時(shí)，使用擁塞避免算法。

快重傳算法：當(dāng)發(fā)送方連續(xù)接收到三個(gè)冗余 ACK 報(bào)文時(shí)，直接重傳對(duì)方尚未收到的報(bào)文段，而不必等待該報(bào)文段的重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)。

快恢復(fù)算法：當(dāng)發(fā)送方連續(xù)接收到三個(gè)冗余 ACK 報(bào)文時(shí)，令 ssthresh = cwnd / 2，然后 cwnd 從該 ssthresh 開始線性增加。

例如有以下傳輸過程：

傳輸輪次	cwnd	發(fā)送的 TCP 數(shù)據(jù)部分的序號(hào)	算法	備注
1	1	0 號(hào)	慢開始	初始時(shí)，cwnd = 1，ssthresh = 16
2	2	1 ~ 2 號(hào)	慢開始
3	4	3 ~ 6 號(hào)	慢開始
4	8	7 ~ 14 號(hào)	慢開始
5	16	15 ~ 30 號(hào)	擁塞避免	cwnd = ssthresh = 16
6	17	31 ~ 47 號(hào)	擁塞避免
7	18	48 ~ 64 號(hào)	擁塞避免
…	…	…
13	24	171 ~ 194 號(hào)	擁塞避免	發(fā)送方連續(xù)收到三個(gè)冗余 ACK 報(bào)文，說明網(wǎng)絡(luò)擁塞，ssthresh = cwnd/2 = 12
14	12	195 ~ 206 號(hào)	擁塞避免	cwnd 設(shè)置為 ssthresh = 12
15	13	207 ~ 219 號(hào)	擁塞避免
16	14	220 ~ 233 號(hào)	擁塞避免
17	15	234 ~ 248 號(hào)	擁塞避免
18	16	249 ~ 264 號(hào)	擁塞避免
19	17	265 ~ 281 號(hào)	擁塞避免
…	…	…

快重傳和快恢復(fù)算法的實(shí)現(xiàn)過程如下圖：

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議

需要注意，發(fā)送方的發(fā)送窗口由接收方的接收窗口和發(fā)送方的擁塞窗口兩者的最小值所決定，即swnd = min(rwnd, cwnd)。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-412382.html

到了這里，關(guān)于【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-傳輸層】TCP 協(xié)議的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！

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