【正文】 TCP 的 有 限 狀 態(tài) 機(jī) CLOSED ESTABLISHED LISTEN CLOSE_WAIT FIN_WAIT_1 SYN_RCVD FIN_WAIT_2 CLOSING TIME_WAIT SYN_SENT LAST_ACK 主動(dòng)打開 被動(dòng)打開 被動(dòng)關(guān)閉 主動(dòng)關(guān)閉 起點(diǎn) 被動(dòng)打開 主動(dòng)打開 發(fā)送 SYN 同時(shí)打開 收到 SYN，發(fā)送 SYN, ACK 收到 ACK 數(shù)據(jù)傳送 階段 關(guān)閉 發(fā)送 FIN 關(guān)閉 發(fā)送 FIN 關(guān)閉 發(fā)送 FIN 收到 RST 收到 SYN 發(fā)送 SYN, ACK 關(guān)閉 或超時(shí) 收到 ACK 收到 SYN, ACK 發(fā)送 ACK 收到 ACK 收到 ACK 收到 FIN 發(fā)送 ACK 收到 FIN, ACK 發(fā)送 ACK 收到 FIN 發(fā)送 ACK 同時(shí)關(guān)閉 收到 FIN 發(fā)送 ACK 發(fā)送 SYN 定時(shí)經(jīng)過兩倍報(bào)文段壽命后 關(guān)閉 。 ? 粗虛線箭頭 表示對服務(wù)器進(jìn)程的正常變遷。 ? 圖中有三種不同的箭頭。狀態(tài)之間的箭頭表示可能發(fā)生的狀態(tài)變遷。 TCP 的有限狀態(tài)機(jī) ? TCP 有限狀態(tài)機(jī)圖中每一個(gè)方框都是 TCP 可能具有的狀態(tài)。 A 在發(fā)送完最后一個(gè) ACK 報(bào)文段后，再經(jīng)過時(shí)間 2MSL，就可以使本連接持續(xù)的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的所有報(bào)文段，都從網(wǎng)絡(luò)中消失。 A 必須等待 2MSL 的時(shí)間 ? 第一，為了保證 A 發(fā)送的最后一個(gè) ACK 報(bào)文段能夠到達(dá) B。 主動(dòng)關(guān)閉 被動(dòng)關(guān)閉 數(shù)據(jù)傳送 通知 應(yīng)用 進(jìn)程 ESTAB LISHED ESTAB LISHED A B 客戶 服務(wù)器 TCP 的連接釋放 ? 在確認(rèn)報(bào)文段中 ACK = 1，確認(rèn)號(hào) ack ? w ? 1， 自己的序號(hào) seq = u + 1。 主動(dòng)關(guān)閉 被動(dòng)關(guān)閉 數(shù)據(jù)傳送 通知 應(yīng)用 進(jìn)程 ESTAB LISHED ESTAB LISHED A B 客戶 服務(wù)器 TCP 的連接釋放 ? 若 B 已經(jīng)沒有要向 A 發(fā)送的數(shù)據(jù)， 其應(yīng)用進(jìn)程就通知 TCP 釋放連接。 ? 從 A 到 B 這個(gè)方向的連接就釋放了， TCP 連接 處于 半關(guān)閉 狀態(tài)。 主動(dòng)關(guān)閉 數(shù)據(jù)傳送 通知 應(yīng)用 進(jìn)程 ESTAB LISHED ESTAB LISHED A B 客戶 服務(wù)器 TCP 的連接釋放 ? B 發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)號(hào) ack = u ? 1， 而這個(gè)報(bào)文段自己的序號(hào) seq = v。 現(xiàn)在 A 的應(yīng)用進(jìn)程先向其 TCP 發(fā)出連接釋放 報(bào)文段，并停止再發(fā)送數(shù)據(jù)，主動(dòng)關(guān)閉 TCP 連接。 CLOSED CLOSED 數(shù)據(jù)傳送 主動(dòng)打開 被動(dòng)打開 A B 客戶 服務(wù)器 ? B 的 TCP 收到主機(jī) A 的確認(rèn)后 ， 也通知其上層 應(yīng)用進(jìn)程： TCP 連接已經(jīng)建立 。 CLOSED CLOSED 主動(dòng)打開 被動(dòng)打開 A B 客戶 服務(wù)器 ? A 收到此報(bào)文段后向 B 給出確認(rèn) ， 其 ACK = 1， 確認(rèn)號(hào) ack = y ? 1。 用三次握手建立 TCP 連接 CLOSED CLOSED 主動(dòng)打開 被動(dòng)打開 A B 客戶 服務(wù)器 TCP 的連接建立 ? B 的 TCP 收到連接請求報(bào)文段后，如同意，則 發(fā)回確認(rèn)。 ? 被動(dòng)等待連接建立的應(yīng)用進(jìn)程叫做 服務(wù)器 (server)。 在 TCP連接建立過程中要解決的三個(gè)問題 ： TCP 連接的建立都是采用客戶服務(wù)器方式。 ? 要允許雙方協(xié)商一些參數(shù)（如最大報(bào)文段長度，最大窗口大小，服務(wù)質(zhì)量等）。 運(yùn)輸連接管理 就是使運(yùn)輸連接的建立和釋放都能正常地進(jìn)行。 TCP運(yùn)輸連接的建立和釋放是每一次面向連接的通信中必不可少的過程。 ? 若平均隊(duì)列長度在最小門限 THmin 和最大門限THmax 之間 ， 則按照某一概率 p 將新到達(dá)的數(shù)據(jù)報(bào)丟棄 。 ? 若平均隊(duì)列長度小于最小門限 THmin，則將新到達(dá)的數(shù)據(jù)報(bào)放入隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)。 實(shí)現(xiàn) RED的要點(diǎn)如下： ? 使路由器的隊(duì)列維持兩個(gè)參數(shù)，即隊(duì)列長度最小門限 THmin 和最大門限 THmax。這就是 TCP術(shù)語中的全局同步。 隨機(jī)早期檢測 RED (Random Early Detection) 上節(jié)課講的 TCP擁塞控制方法并沒有和網(wǎng)絡(luò)層采取的策略聯(lián)系起來，其實(shí)，它們之間有著密切的關(guān)系：網(wǎng)絡(luò)層的策略對 TCP擁塞控制影響最大的就是路由器的分組丟棄策略。 ? 快恢復(fù)算法：與快重傳算法配合使用，方法是： （ 1）當(dāng)發(fā)送方連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)時(shí)，就執(zhí)行“乘法減小”算法，把慢開始門限 ssthresh減半。 快重傳和快恢復(fù) ? 快重傳和快恢復(fù)是 1900年提出的擁塞控制算法。 ? 擁塞避免算法的思路是 ：讓擁塞窗口 cwnd緩慢地增大，即每經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)間 RTT就把發(fā)送方的擁塞窗口cwnd加 1，而不是加倍。 幾種擁塞控制方法 1999年公布的因特網(wǎng)建議標(biāo)準(zhǔn)RFC2581定義了進(jìn)行擁塞控制的四種算法，即 慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復(fù) ，以后 RFC2582和 RFC3390又對這些算法進(jìn)行了改進(jìn)。 ? 將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動(dòng)的地方。 ? 閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念。這點(diǎn)應(yīng)特別引起重視。但分組的丟失是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的征兆而不是原因。 擁塞控制所起的作用 提供的負(fù)載：輸入分組數(shù) 吞吐量：輸出分組數(shù) 理想的擁塞控制 實(shí)際的擁塞控制 0 死鎖（吞吐量 = 0） 無擁塞控制 擁塞 輕度 擁塞 擁塞控制的一般原理 ? 實(shí)踐證明 ：擁塞控制是很難設(shè)計(jì)的，因?yàn)樗且粋€(gè)動(dòng)態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問題。但流量控制卻是必須的，因?yàn)榫扌陀?jì)算機(jī)必須經(jīng)常停下來，以使 PC來得及接收。 ? 舉例說明擁塞控制與流量控制的區(qū)別： ? 設(shè)某個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)的鏈路傳輸速率為 1000Gb/s,有一個(gè)巨型計(jì)算機(jī)向一個(gè) PC以 1Gb/s的速率傳送文件。 流量控制 ：指發(fā)送端和接收端之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信量的控制，是個(gè) 端到端的 問題。 擁塞控制與流量控制的關(guān)系 擁塞控制： 就是防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中，這樣可以使網(wǎng)絡(luò)中的路由器或鏈路不致過載。在某段時(shí)間，若對網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞 ——這種情況叫 擁塞(congestion)。 ? 第三種 機(jī)制是發(fā)送方的一個(gè)計(jì)時(shí)器期限到了，這時(shí)就把當(dāng)前已有的緩存數(shù)據(jù)裝入報(bào)文段（但長度不能超過 MSS）發(fā)送出去。只要緩存中存放的數(shù)據(jù)達(dá)到 MSS 字節(jié)時(shí)，就組裝成一個(gè) TCP 報(bào)文段發(fā)送出去。在連接建立時(shí)， B 告訴 A： “ 我的接收窗口 rwnd = 400（字節(jié)） ” 。 ? 利用 滑動(dòng)窗口機(jī)制 可以很方便地在 TCP 連接上實(shí)現(xiàn)流量控制。但如果發(fā)送方把數(shù)據(jù)發(fā)送得過快，接收方就可能來不及接收，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。 。答案是肯定的，方法是 選擇確認(rèn)。在以后的測量中，則使用下式計(jì)算加權(quán)平均的 RTTD： 新的 RTTD = (1 ? ?) ? (舊的 RTTD) + ? ? ?RTTS ? 新的 RTT 樣本 ? (56) ? ? 是個(gè)小于 1 的系數(shù)，其推薦值是 1/4，即 。 ? RFC 2988 建議這樣計(jì)算 RTTD。 超時(shí)重傳時(shí)間 RTO (RetransmissionTimeOut) ? RTO 應(yīng)略大于上面得出的加權(quán)平均往返時(shí)間 RTTS。若選擇 ? 接近于 1，則表示 RTT 值更新較快。以后每測量到一個(gè)新的 RTT 樣本，就按下式重新計(jì)算一次 RTTS： 新的 RTTS ? (1 ? ?) ? (舊的 RTTS) ? ? ? (新的 RTT 樣本 ) (54) ? 式中， 0 ? ? ? 1。 加權(quán)平均往返時(shí)間 ? TCP 保留了 RTT 的一個(gè) 加權(quán)平均往返時(shí)間 RTTS（這又稱為 平滑的往返時(shí)間 ）。 ? 于是 Karn提出了一個(gè)算法：在計(jì)算加權(quán)平均 RTTs時(shí)只要報(bào)文重傳了，就不采用其往返時(shí)間樣本。如果把超時(shí)重傳時(shí)間設(shè)置得太短，就會(huì)引起很多報(bào)文段的不必要的重傳，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增大。只要計(jì)時(shí)器設(shè)置的重傳時(shí)間到但還沒有收到確認(rèn)，就要重傳這一報(bào)文段。 超時(shí)重傳時(shí)間（ RTO）的選擇 ? 重傳機(jī)制 是 TCP 中最重要和最復(fù)雜的問題之一。通常是先臨時(shí)存放在接收窗口中，等到字節(jié)流中所缺少的字節(jié)收到后，再按序交付上層的應(yīng)用進(jìn)程。 發(fā)送緩存 最后被確認(rèn) 的字節(jié) 發(fā)送應(yīng)用程序 發(fā)送緩存 最后發(fā)送 的字節(jié) 發(fā)送窗口 已發(fā)送 TCP 序號(hào)增大 發(fā)送窗口通常只是發(fā)送緩存的一部分 接收緩存 接收應(yīng)用程序 已收到 接收窗口 TCP 接收緩存 下一個(gè)讀取 的字節(jié) 序號(hào)增大 下一個(gè)期望收到的 字節(jié)（確認(rèn)號(hào)） 需要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn) ? A 的發(fā)送窗口并不總是和 B 的接收窗口一樣大（因?yàn)橛幸欢ǖ臅r(shí)間滯后）。 發(fā)送緩存與接收緩存的作用 ? 發(fā)送緩存用來暫時(shí)存放： ? 發(fā)送應(yīng)用程序傳送給發(fā)送方 TCP 準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)； ? TCP 已發(fā)送出但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)。 TCP 首部 20 字節(jié) 固定 首部 目 的 端 口 數(shù)據(jù) 偏移 檢 驗(yàn) 和 選 項(xiàng) （長 度 可 變） 源 端 口 序 號(hào) 緊 急 指 針 窗 口 確 認(rèn) 號(hào) 保 留 F I N S Y N R S T P S H A C K U R G 位 0 8 16 24 31 填 充 填充字段 —— 這是為了使整個(gè)首部長度是 4 字節(jié)的整數(shù)倍 。 ? 時(shí)間戳選項(xiàng) ——占 10 字節(jié)，其中最主要的字段時(shí)間戳值字段（ 4 字節(jié)）和時(shí)間戳回送回答字段（ 4 字節(jié)）。 其他選項(xiàng) ? 窗口擴(kuò)大選項(xiàng) ——占 3 字節(jié)，其中有一個(gè)字節(jié)表示移位值 S。 ” MSS (Maximum Se