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关于tcp:tcp重传机制流量控制拥塞控制

jiezi

tcp

重传机制

形式

  • 超时重传

    • 概念

      • 发送数据时设定一个定时器，若在指定工夫内没有收到应答报文，就会重发数据

    • 产生超时重传的机会

      • 数据包失落
      • 确认应答失落

    • 超时工夫 RTO 抉择

      • 略大于 RTT
      • 重传超时策略：超时工夫距离加倍

  • 疾速重传

    • 概念

      • 发送方能够一次发送多个数据包，若两头的某个数据包失落了，接管方会始终回复这个失落的数据包应答报文，接管方若收到三次这个数据包的应答报文，就晓得该报文还没有被接管方收到，能够重传这个数据包

    • 问题

      • 因为接管方对后续的数据包也返回了失落的那个应答报文，所以发送方不晓得后续的数据包是否失落，也就不晓得应该重传失落的数据包还是把后续的数据包都重传

  • SACK

    • 概念

      • 选择性重传，解决疾速重传不晓得重传哪些报文的毛病

    • 实现形式

      • 在 tcp 头部“选项”字段里加一个 SACK，将缓存的地图发送给发送方，这样发送方就晓得哪些数据接管方收到了，哪些数据接管方没有收到，以便重传接管方没有收到的数据

    • 参数

      • 要开启 SACK，须要发送方和接管方都反对：net.ipv4.tcp_sack，linux2.4 当前默认关上

  • D-SACK

    • 概念

      • 对 SACK 的扩大，通过 SACK 通知发送方哪些数据被反复接管了

    • 实现形式

      • 若有发送方有反复发送数据包，会通过 SACK 通知发送方这这个数据包已被发送过

    • 益处

      • 发送方可能晓得是收回去的包丢了还是接管方发送的 ACK 丢了

        • SACK 若告知这个包已被发送过，那么阐明是接管方发送的 ACK 丢了

      • 发送方能够晓得收回去的数据包是否被网络提早了

        • 发送方在提早之后会重发数据包，之前的数据包若一段时间后达到了接管方，接管方返回的应答报文中能看到该数据包曾经被接管了，是个反复的报文，阐明被网络提早了，而重发的数据包已被收到

序列号与确认应答（ACK）保障了 tcp 的牢靠传输

滑动窗口

引入起因

  • 每发送一个数据都须要进行确认应答，收到了再发送下一个，效率比拟低。在窗口大小限度范畴内，能够无需期待上一个数据包应答，就能够持续发送下一个数据包

错误处理

  • 累计应答

    • 发送数据包失落

      • 若发送方发送了一批数据包，两头的某个数据包失落，那么接管方回复应答时 ACK 会回复失落的那个数据包，这样接管方就晓得失落的数据包是哪一个，因而能够从新发送；

    • 应答报文失落

      • 若接管方返回的这一组数据包中，某一个应答报文失落了，只有最初一个应答报文发送胜利了，接管方就晓得这个数据包的其实是收到了的

窗口大小

  • tcp 头里的字段 window

    • 接管方通过这个字段通知接管方本人还有多少缓冲区能够接收数据，发送方就能够依据接管方的解决来发送数据，免得导致接管方解决不过去，因而窗口的大小是由接管方决定的

  • 接管方和发送方的窗口

    • 接管方和发送方的窗口大小根本相等，因为发送方的窗口大小取决于接管方，当接管方解决能力快，窗口变大，通过 tcp 报文中的 window 字段通知接管方，若传输过程中呈现了提早，所以这时两个窗口大小不统一

拥塞管制

概念

  • 流量管制是防止发送方填满接管方的缓存，但若因为其余主机之间的通信造成网络拥挤，会有超时和丢包产生，这样会导致重传，网络累赘会更大，进入恶性循环，所以 tcp 不能疏忽网络上产生的事，当网络产生拥挤时，它会升高数据的发送量。拥塞管制的目标就是防止发送方的数据填满整个网络

拥塞窗口 cwnd

  • 发送窗口 swnd 和接管窗口 rwnd 是约等于的关系，有了拥塞窗口的概念后，发送窗口 swnd=min(cwnd, rwnd)

    • 网络中没有呈现拥塞，cwnd 会增大，反之会减小

  • 判断网络拥塞的办法

    • 产生超时重传

  • 相干算法

    • 慢启动

      • tcp 刚建设连贯实现，会有个慢启动的过程，一点一点进步发送数据包的数量
      • 每接管到一个 ack，cwnd 大小就会加 1，初始化时，cwnd 大小为 1，即 cwnd 大小按指数级增长

      • ssthreshold，slow start thresold，慢启动门限

        • 当 cwnd < ssthreshold 时，会采纳慢启动算法
        • 当 cwnd >= ssthreshold 时，会应用拥塞防止算法

    • 拥塞防止

      • 每收到一个 ack，cwnd 减少 1 /cwnd。即囤积了 cwnd 这么多个包后，一次性发送过来。之后都会这样发送，cwnd 按线性增长
      • 当始终这么增长，会缓缓进入拥塞情况，于是开始呈现丢包景象，这时须要对失落的数据进行重传，当触发了重传机制也就进入了拥塞产生算法

    • 拥塞产生

      • 超时重传

        • ssthreshold 设为 cwnd/2
        • cwnd 设为 1
        • 即一旦产生超时重传就从新进入慢启动

      • 疾速重传

        • 当接管方发现丢了一个两头包时，会发送三次失落包的 ack，发送方收到后就会疾速重传失落的包

        • tcp 认为这时候拥塞并不重大，只丢了一小部分包，于是

          • cwnd = cwnd/2
          • ssthreshold 变为 cwnd
        • 而后进入疾速复原算法

    • 疾速复原

      • cwnd = ssthresold+3
      • 重传失落的数据包
      • 如果再收到反复的 ack，那么 cwnd+1
      • 收到新的 ack 后，cwnd 变为 ssthreshold，而后进入拥塞防止算法

流量管制

概念

  • 流量管制是基于滑动窗口实现的，tcp 通过让接管方指明心愿从发送方接管的数据大小（窗口大小）来进行流量管制

问题

  • 形容

    • 接管方收到了太多数据，临时不能接收数据了，于是返回了 window 大小为 0
    • 发送方发现 window 大小为 0，于是临时不再发送数据包了
    • 接管方解决完数据，能够持续解决了，于是在之前已解决完的数据包的应答报文中更新窗口大小，然而该应答报文失落了，导致接管方没能收到，于是就始终不发送新的数据包了，呈现了死锁

  • 解决办法

    • tcp 为每个连贯设定一个继续计时器，只有发动连贯的一方从对方收到零窗口告诉，就启动计时器；如果继续计时器超时，就会发送窗口探测报文，对方会给出本人当初接管窗口的大小
    • 窗口探测次数个别为 3 次，每次大概 30-60 秒，如果三次后窗口还是 0，有的 tcp 实现会发动 RST 报文来中断连贯

糊涂窗口综合症

  • 发送方

    • 发送方尽管晓得窗口很大，然而每次都只发送很少的数据

  • 接管方

    • 接管方太忙，每次都只能从 window 中取出很少的数据，而后告诉发送方，这样发送方每次也只发送很少的数据

  • 问题

    • 每次都只传输小包，效率低

  • 解决办法

    • 让接管方不告诉小窗口给发送方

      • 当窗口大小小于 min(mss,( 缓存空间 /2)) 时，就会向发送方告诉窗口为 0，阻止发送方后续发送数据过去

        • 注 mss，Maximum Segment Size，最大报文长度,MSS 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度，不包含 TCP 首部的长度

    • 让发送方不发送小包

      • Nagel 算法

        • 发送条件

          • 等到窗口大小 >=mss 或数据大小 >=mss
          • 收到之前发送数据的 ack 应答
        • 满足发送条件的两点才会发送

        • 设置敞开

          • Nagel 算法默认开启，若想要敞开，须要在 socket 设置 TCP_NODELAY 来敞开。没有全局参数，须要每个利用依据本人的特点来敞开
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