TCP可靠传输的工作原理

2024-09-03 22:25:51

TCP可靠传输的工作原理

一、停止等待协议

1.1.简介

在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。
分组和确认分组都必须进行编号。
超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。

1.2.确认数据包丢失和迟到

当确认M1的数据包丢失时，A经过一段超时时间后重传M1，B接收并丢弃重复的M1之后，重传确认M1数据包；
当B发送的确认M1数据包由于网络原因，绕远路了，在A端规定的超时时间内未到达A，A端就会重传M1，B接收并丢弃重复的M1之后，重传确认M1数据包，并继续通信。当迟到的确认M1数据包到达A时，A收下数据包但什么也不做。

记住一点：只要没有告诉我你收到了，就表明你没收到，我就要重发。

1.3.可靠通信的实现

使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。
这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。
ARQ 表明重传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组。

1.4.信道利用率

停止等待协议的优点是简单，但缺点是信道利用率太低。

TD表示发送分组数据包用的时间，RTT是数据包传输往返的时间，TA是接受确认用的时间。
信道的利用率 U ：

可以到这样信道的利用率U是很低的。

1.5.流水线传输

由以上公式可知，只要提高发送数据包时间TD就可以提高信道利用率U，采用流水线传输方式。

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。
由于信道上一直有数据不间断地传送，这种传输方式可获得很高的信道利用率。

ACK表示确认报文。

现在大多采用这种方式，那如何保证可靠传输呢？采用连续ARQ协议。

1.6.连续 ARQ 协议

假设发送窗口是5，也就是发送方一次性能发5个数据包。当发送方收到数据包1的接收确认后表示接收方接收了数据包1，之后发送窗口向前滑动一个数据包，在发送窗口中删除数据包1的缓存。
即如果发送了5个数据包后没有收到确认信息就会停止继续发送数据包。
滑动窗口方式仍需每个数据包对应一个确认，效率不高，接收端可采用累积确认。

1.7.累积确认

接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认，而是对按序到达的最后一个分组发送确认，这样就表示：到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。
累积确认有的优点是：容易实现，即使确认丢失也不必重传。缺点是：不能向发送方反映出接收方已经正确收到的有分组的信息。

1.8.Go-back-N（回退 N）

如果发送方发送了前 5 个分组，而中间的第 3 个分组丢失了。这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落，而只好把后面的三个分组都再重传一次。
这就叫做 Go-back-N（回退 N），表示需要再退回来重传已发送过的 N 个分组。
可见当通信线路质量不好时，连续 ARQ 协议会带来负面的影响。

1.9.TCP 可靠通信的具体实现

TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口——一个发送窗口和一个接收窗口。
TCP 的可靠传输机制用字节的序号进行控制。TCP 所有的确认都是基于序号而不是基于报文段。
TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中。
TCP连接的往返时间 RTT 也不是固定不变的。需要使用特定的算法估算较为合理的重传时间。

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