【正文】 3章 要點 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報文段結構 ? 可靠數據傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時延模型 ? 運輸層服務 ? 復用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數據傳輸的原則 ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 75 運輸層 TCP 流量控制 ? TCP連接的接收方有1個接收緩沖區(qū) : ?匹配速度服務 : 發(fā)送速率需要匹配接收方應用程序的提取速率 ?應用進程可能從接收緩沖區(qū)讀數據緩慢 發(fā)送方不能發(fā)送太多、太快的數據讓接收方緩沖區(qū)溢出 流量控制 76 運輸層 TCP流控 : 工作原理 (假設 TCP 接收方丟棄失序的報文段 ) ? 緩沖區(qū)的剩余空間 = RcvWindow = RcvBuffer[LastByteRcvd LastByteRead] ?接收方在報文段接收窗口字段中通告其接收緩沖區(qū)的剩余空間 ?發(fā)送方要限制未確認的數據不超過 RcvWindow LastByteSentLastByteAcked 或 = RcvWindow ?保證接收緩沖區(qū)不溢出 77 運輸層 第 3章 要點 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報文段結構 ? 可靠數據傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時延模型 ? 運輸層服務 ? 復用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數據傳輸的原則 ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 78 運輸層 TCP 連接管理 回想 : TCP 發(fā)送方與接收方 在交換報文段前要先建連接 ? 初始化 TCP 變量 : ? 序號 ? 緩沖區(qū)和流控信息 (如 RcvWindow) ? 客戶機 : 連接的發(fā)起方 Socket clientSocket = new Socket(hostname,port number)。 79 運輸層 TCP 連接管理 三次握手 : 步驟 1: 客戶機向服務器發(fā)送 TCP SYN報文段 ? 指定初始序號 ? 沒有數據 步驟 2: 服務器收到 SYN報文段 , 用 SYNACK報文段回復 ? 服務器為該連接分配緩沖區(qū)和變量 ? 指定服務器初始序號 步驟 3: 客戶機接收到 SYNACK, 用 ACK報文段回復 ,可能包含數據 SYN, SEQ = x SYN, SEQ = y, ACK = x + 1 SYN, SEQ = x+1,ACK = y + 1 客戶機 服務器 80 運輸層 TCP 連接管理 (續(xù) ) 關閉連接 : 客戶關閉套接字 : ()。關閉連接，發(fā)送 FIN 客戶 服務器 關閉 關閉 關閉 超時等待 81 運輸層 TCP 連接管理 (續(xù) ) 步驟 3: 客戶機 收到 FIN, 用 ACK回答 ?進入 “超時等待” – 將對接收到的 FIN進行確認 步驟 4: 服務器 接收 ACK，連接關閉 注意 : 少許修改 , 可以處理并發(fā)的FIN 客戶 服務器 關閉 關閉 關閉 超時等待 82 運輸層 TCP 連接管理 (續(xù) ) TCP 客戶 生命周期 TCP 服務器 生命周期 83 運輸層 第 3章 要點 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報文段結構 ? 可靠數據傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時延模型 ? 運輸層服務 ? 復用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數據傳輸的原則 ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 84 運輸層 擁塞控制原理 擁塞 : ?非正式地 : “太多的源發(fā)送太多太快的數據，使 網絡 來不及處理 ” ?不同于流量控制 ! ?表現 : ?丟包 (路由器緩沖區(qū)溢出 ) ?長時延 (路由器緩沖區(qū)中排隊 ) ?網絡中的前 10大問題之一 ! 85 運輸層 擁塞的原因與開銷 : 情況 1 ? 兩個發(fā)送方 , 兩個接收方 ? 一個路由器 , 無限緩沖區(qū) ? 不重傳 ? 擁塞時時延增大 ? 可達到最大吞吐量 無限的共享式輸出鏈路緩沖 主機 A lin : 原始數據 主機 B lout 86 運輸層 擁塞的原因與開銷 : 情況 2 ? 一個路由器， 有限 緩沖區(qū) ? 發(fā)送方重傳丟失的數據分組 有限的共享式輸出鏈路緩存 主機 A lin : 原始數據 主機 B lout l‘in : 原始數據 ＋重傳數據 87 運輸層 擁塞的原因與開銷 : 情況 2 (續(xù) ) ? 通常 : (吞吐量 ) ? 僅當丟失丟包時，需要“完美的” 重傳 : ? 遲延的分組（而不是丟失）的重傳使得 比 (同完美情況相比 ) 更大 l in lout = l in l out l in l out 擁塞的“代價” : ? 比額定的“吞吐量”做更多的工作 (重傳 ) ? 不必要重傳 : 鏈路承載分組的多個拷貝 88 運輸層 擁塞的原因與開銷 : 情況 3 ? 四個發(fā)送者 ? 多跳路徑 ? 超時 /重傳 l in 問題 : 隨著 和 的 增加將發(fā)生什么情況 ? l in 有限的共享式輸出鏈路緩存 主機 A lin 原始數據 主機 B lout l‘in : 原始數據 , ＋重傳數據 89 運輸層 擁塞的原因與開銷 : 情況 3 (續(xù) ) 另一個擁塞的“開銷” : ? 當分組丟失時 , 任何用于傳輸該分組的上游傳輸能力都被浪費 ! Host A Host B lout 90 運輸層 擁塞控制方法 端到端的擁塞控制 : ?不能從網絡得到明確的反饋 ?從端系統(tǒng)根據觀察到的時延和丟失現象推斷出擁塞 ?這是 TCP所采用的方法 網絡輔助的擁塞控制 : ?路由器為端系統(tǒng)提供反饋 ?一個 bit指示一條鏈路出現擁塞 (SNA,DEC,TCP/IP ECN, ATM) ?指示發(fā)送方按照一定速率發(fā)送 控制擁塞的兩類方法 : 91 運輸層 案例研究 : ATM ABR 擁塞控制 ABR: 可用比特率 : ? “彈性服務” ? 如果發(fā)送方的路徑 “欠載” : ? 發(fā)送方應該使用可用的帶寬 ? 如果發(fā)送方的路徑擁塞 : ? 發(fā)送方被抑制到最小的保證速率 RM (資源管理 ) 信元 : ? 發(fā)送方發(fā)送 RM 信元 , 散布在數據信元中 ? 由交換機設置 RM 信元中的特定比特 (“網絡輔助” ) ? NI bit: 速率無增長 (輕度擁塞 ) ? CI bit: 擁塞指示 ? 接收方向發(fā)送方返回 RM 信元 92 運輸層 ? RM信元中的兩字節(jié) ER (明確速率 )字段 ? 擁塞的交換機會降低 RM信元中的 ER 值為 ? 發(fā)送方以路徑上所有交換機的最小支持速率發(fā)送 ? 數據信元中的 EFCI bit : 被擁塞的交換機設置為 1 ? 如果比 RM信元先到達的數據信元的 EFCI位為 1，接收方將在返回的 RM信元的 CI位置 1 案例研究 : ATM ABR擁塞控制 93 運輸層 第 3章 要點 ? 面向連接的傳輸 : TCP ? 報文段結構 ? 可靠數據傳輸 ? 流量控制 ? 連接管理 ? 擁塞控制的原則 ? TCP擁塞控制 ? 機制 ? TCP吞吐量 ? TCP公平性 ? 時延模型 ? 運輸層服務 ? 復用與分解 ? 無連接傳輸 : UDP ? 可靠數據傳輸的原則 ? rdt1 ? rdt2 ? rdt3 ? 流水線協(xié)議 94 運輸層 TCP 擁塞控制 ? 端到端控制 (沒有網絡輔助 ) ? 發(fā)送方限制傳輸 : LastByteSentLastByteAcked ? CongWin ? 粗略地 , ? 擁塞窗口是動態(tài)的 , 具有感知到的網絡擁塞的函數 發(fā)送方如何感知網絡擁塞 ? ? 丟失事件 = 超時 或者 3個重復 ACK ? 發(fā)生丟失事件后， TCP發(fā)送方降低速率 (擁塞窗口 ) 三個機制 : ? AIMD（ 加增倍減算法） ? 慢啟動 ? 超時事件后的保守機制 速率 = CongWin RTT Bytes/sec 95 運輸層 TCP加增倍減 AIMD 8 K b y t e s1 6 K b y t e s2 4 K b y t e st i m e擁 塞 窗 口乘性減 : 丟包事件后，擁塞窗口值減半 加性增 : 如沒有檢測到丟包事件，每個 RTT時間擁塞窗口值增加一個 MSS (最大報文段長度 ) 長生命周期 TCP連接 96 運輸層 TCP慢啟動 ?在連接開始時 , 擁塞窗口值 = 1 MSS ?例如 : MSS= 500 bytes RTT = 200 msec ?初始化速率 = 20 kbps ?可獲得帶寬可能 MSS/RTT ?希望盡快達到期待的速率 ?當連接開始，以指數快地增加速率，直到第一個丟失事件發(fā)生 97 運輸層 TCP 慢啟動 (續(xù) ) ? 當連接開始的時候，速率呈指數式上升，直到第 1次報文丟失事件發(fā)生為止 : ?每 RTT倍增擁塞窗口值 ?每收到 ACK，增加擁塞窗口 ? 總結 : 初始速率很低，但以指數快地增加 主機 A RTT 主機 B 時間 98 運輸層 改進 ? 收到 3個冗余確認 后 : ?CongWin減半 ?窗口再線性增加 ? 但是 超時事件 以后 : ?CongWin值設置為 1 MSS ?窗口再指數增長 ?到達一個閾值 (Threshold) 后，再線性增長 ? 3個冗余 ACK指示網絡還具有某些傳送報文段的能力 ? 3個冗余 ACK以前的超時 ,則更為 “嚴重” 基本思想 : 99 運輸層 改進 (續(xù) ) 實現方法 : ? 設置一個變的閾值－ Threshold ? 在丟包事件發(fā)生時，閾值 Threshold設置為發(fā)生丟包以前的CongWin的一半 問題 : 什么時候從指數增長轉變?yōu)榫€性增長 ? 回答 : CongWin達到它超時以前 1/2的時候 . 100 運輸層 TCP 擁塞控制：小結 ?當 CongWin Threshold時，發(fā)送者處于 慢啟動階段 , CongWin指數增長 ?當 CongWin Threshold時，發(fā)送者處于 擁塞避免 階段 , CongWin線性增長 ?當出現 3個冗余確認 時 , 閾值 Threshold設置為CongWin/2， 且 CongWin設置為 Threshold ?當 超時 發(fā)生時， 閾值 Threshold設置為CongWin/2， 并且 CongWin設置為 1 MSS. 101 運輸層 TCP 發(fā)送方擁塞控制 狀態(tài) 事件 TCP發(fā)送方擁塞控制動作 注釋 慢啟動（ SS） 收到前面未確認數據的ACK CongWin = CongWin + MSS, 如果（ CongWin 閾值） 設置狀態(tài)為 “擁塞避免” 導致每個 RTT CongWin翻倍 擁塞避免（CA） 收到前面未確認數據的ACK CongWin = CongWin + MSS ? MSS/ CongWin 加性增，每 RTT導致 CongWin增加 1個 MSS SS或 CA 由 3個冗余ACK檢測到的丟包事件 閾值 = CongWin/2， CongWin = 閾值，設置狀態(tài)為 “擁塞避免 ” 快速恢復，實現乘性