1. ARQ自動重傳協(xié)議

自動重傳請求（Automatic Repeat-reQuest），通過使用確認(rèn)和超時這兩個機制，在不可靠服務(wù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)可靠的信息傳輸，其中包括停止等待ARQ協(xié)議和連續(xù)ARQ協(xié)議

1.1 停止等待ARQ

發(fā)送窗口大小為1，接收窗口大小也為1
發(fā)送方每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，就要等待接收方返回ack包，如果在定時時間內(nèi)沒收到ack包，則需要重新發(fā)送，而這個超時時間，是需要經(jīng)過RTT往返時延（從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方接收到來自接收方的確認(rèn)消息）來計算出來的。

當(dāng)數(shù)據(jù)正常傳輸時，發(fā)送完M1數(shù)據(jù)包后，等待接收方的M1數(shù)據(jù)包ACK，收到后繼續(xù)發(fā)送M2數(shù)據(jù)包并等待ACK

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸出錯時，假設(shè)數(shù)據(jù)包M1丟失，則一定超時時間后，進行一次重傳。

1.2 連續(xù)ARQ

連續(xù)ARQ發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個分組的數(shù)據(jù)，而不需要像停止等待ARQ一樣，等到應(yīng)答再進行發(fā)送，大大提升帶寬的利用率。

1）滑動窗口概念
滑動窗口協(xié)議在發(fā)送方和接收方之間各自維持一個滑動窗口，兩個窗口大小不一定相同。
主要提供TCP的可靠性（基于確認(rèn)重傳機制）以及TCP的流控特性（控制網(wǎng)絡(luò)傳輸時的流量，避免擁塞發(fā)生）。

滑動窗口其實類似一個收費站，收費站也就是窗口的位置是不變的，數(shù)據(jù)不停的在進行滑動。

2）滑動窗口重發(fā)機制
發(fā)送端維護一個窗口，窗口內(nèi)有多個分組，分組個數(shù)等于窗口的大小，窗口內(nèi)的分組可以直接連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，不需要等待接收端返回的ACK，這樣可以提升對信道的利用率。

TCP協(xié)議提供兩種滑動窗口協(xié)議：回退（Go-Back-N）以及選擇重傳（Selective Repeat來解決連續(xù)ARQ模式下傳輸數(shù)據(jù)出錯的問題。
1）回退（Go-Back-N）協(xié)議
發(fā)送窗口大小 n > 1，接收窗口 = 1，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失時，會重傳所有大于最后一個ACK的包

在這種模式下，發(fā)送端會維護一塊發(fā)送端的數(shù)據(jù)緩存，當(dāng)需要重發(fā)窗口中的分組報文，便會從緩存里讀取數(shù)據(jù)發(fā)送。
這里采用的是累計確認(rèn)的形式，不像停止等待ARQ，現(xiàn)在不需要對數(shù)據(jù)幀進行逐個的確認(rèn)，而是對按序到達的最后一個分組進行確認(rèn)，假設(shè)發(fā)送方發(fā)送了5個包，但是第三個包丟失，則接收方只返回前兩個包的ACK，此時發(fā)送方因為不知道后面的三個包有沒有發(fā)送成功，只能選擇這三個包進行重傳。
2）選擇重傳（Selective Repeat）協(xié)議
發(fā)送窗口大小 > 1，接收窗口大小 > 1，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，只重傳丟失的數(shù)據(jù)包。
此時已經(jīng)無法依賴ACK包去做選擇重傳了，因為ACK只能表示收到了哪些包，但中間的包丟失時，則無法表示。
所以在這里引入了SACK**(Selective Acknowledgement)**，存儲在TCP頭部的可變選項中，記錄接收窗口緩存中還未收到的數(shù)據(jù)包信息。

具體例子如下：

1.3 總結(jié)

2. TCP的流量控制

目的：防止分組丟失進而觸發(fā)自動重傳機制，造成網(wǎng)絡(luò)流量的浪費。

原理：如果發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)過快，接收者來不及接收，那么就會有數(shù)據(jù)分組丟失。為了避免這種分組丟失，接收端會通知發(fā)送端它的接收窗口大?。═CP首部中有一個窗口大小值），此時發(fā)送者也將發(fā)送窗口大小更改為這個值，讓接收者來得及接收。

具體案例：假設(shè)一開始主機A和B的窗口都是400，那么在發(fā)送時，主機A會連續(xù)發(fā)送400個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果201~300號意外丟失了，主機B會返回響應(yīng)ACK=1，ack=201，rwnd=300，這表示主機B已接收到201號之前的數(shù)據(jù)，并將自己的接收窗口設(shè)置為300。此時A收到后將發(fā)送窗口大小也設(shè)置為300，達到流量控制的目的。

3. TCP的擁塞控制

目的：防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大的情況，常用的算法就是：
慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復(fù)

原理：發(fā)送方維持一個擁塞窗口cwnd（congestion window）的狀態(tài)變量，擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且動態(tài)地在變化。另外考慮到接受方的接收能力 發(fā)送方的發(fā)送窗口小于或等于擁塞窗口

3.1 慢開始算法

原理：一開始不發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，防止網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大，由小到大逐漸增加擁塞窗口的大小，來探測網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度

具體案例：發(fā)送方每次經(jīng)過一個傳輸輪次之后，擁塞窗口cwnd就直接加倍，這樣比直接一下把許多報文注入網(wǎng)絡(luò)要慢的多。

3.2 擁塞避免算法

原理：當(dāng)擁塞窗口cwnd到達慢開始門限ssthresh后，讓擁塞窗口緩慢增長，每經(jīng)過一個傳輸輪次后，將cwnd值加一，而不是直接加倍。使cwnd已經(jīng)到達一定值的情況下，網(wǎng)絡(luò)不容易出現(xiàn)阻塞。

慢開始門限ssthresh與擁塞窗口cwnd的關(guān)系：
當(dāng)cwnd<ssthresh時，使用慢開始算法
當(dāng)cwnd>ssthresh時，改用擁塞避免算法
當(dāng)cwnd=ssthresh時，慢開始與擁塞避免算法任意

具體案例：擁塞窗口cwnd初始值為1，慢開始門限ssthresh初始值是16
1）在cwnd<ssthresh，執(zhí)行慢開始算法，cwnd的值在經(jīng)過一個輪次傳輸后值翻倍
2）當(dāng)cwnd>ssthresh，執(zhí)行擁塞避免算法，每一個輪次，cwnd的值只加1
3）當(dāng)cmnd = 24時，假設(shè)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)阻塞，將進行”乘法減小“，ssthresh = cwnd / 2，cwnd為0，重新開始慢開始算法

3.3 快重傳算法

原理：快速進行重傳，當(dāng)接收方在收到一個失序的報文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn)，發(fā)送方只要一連收到三個重復(fù)確認(rèn)就認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)阻塞，立即重傳對方尚未收到的報文段，而不必繼續(xù)等待設(shè)置的重傳計時器時間到期。（提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量百分之20左右）

具體案例：

3.4 快恢復(fù)算法

原理：快速恢復(fù)傳輸，和快重傳搭配使用，當(dāng)發(fā)生快重傳時，進行”乘法減小“算法，此時不會再進行慢開始算法，而是執(zhí)行快恢復(fù)算法，直接將cwnd設(shè)置為ssthresh減半后的值。

具體案例：cwnd為24時，收到三個重復(fù)確認(rèn)，則進行快重傳，此時執(zhí)行”乘法減小“算法，ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh，直接便開始了擁塞避免算法。

注意：在TCP Reno版本采用快恢復(fù)算法時，慢開始算法只是在TCP連接建立時和網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)超時時才使用，其他例如收到三個重復(fù)的確認(rèn)，則會執(zhí)行快恢復(fù)算法。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-859018.html

到了這里，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)編程——TCP的特性之自動重傳/流量控制/擁塞控制，一篇說清楚的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY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)！