第6章运输层PPT课件.ppt

第第6 6章运输层章运输层 6.4 传输控制协议 TCP 6.4.1 TCP 概述6.4.2 TCP 报文段的首部6.4.3 TCP 的数据编号与确认6.4.4 TCP 的流量控制与拥塞控制6.4.5 TCP 的重传机制 6.4.6 采用随机早期丢弃 RED 进行拥塞控制6.4.7 TCP 的运输连接管理 6.4.8 TCP 的有限状态机 6.1 运输层协议概述 n从通信和信息处理的角度看，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。物理层网络层运输层应用层数据链路层面向信息处理面向通信用户功能网络功能运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信 54321运输层提供应用进程间的逻辑通信主机 A主机 B应用进程应用进程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4IP 层LAN1AP1AP2AP4端口端口54321IP 协议的作用范围运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围AP3应用进程之间的通信n两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。n应用进程之间的通信又称为端到端的通信。n运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。运输层协议和网络层协议的主要区别 应用进程应用进程IP 协议的作用范围（提供主机之间的逻辑通信）TCP 和 UDP 协议的作用范围（提供进程之间的逻辑通信）因 特 网运输层的主要功能 n运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信n运输层还要对收到的报文进行差错检测。n运输层有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。运输层与其上下层之间的关系的 OSI 表示法 运输实体运输实体运输协议运输层层接口 运输服务用户（应用层实体）运输服务用户（应用层实体）层接口 网络层（或网际层）应用层主机 A主机 B运输层服务访问点TSAP网络层服务访问点NSAP运输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道？应用层运输层发送进程接收进程接收进程数据数据全双工可靠信道数据数据使用 TCP 协议使用 UDP 协议不可靠信道发送进程TCP/IP的运输层有两个不同的协议：(1)用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)(2)传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)6.2 TCP/IP 体系中的运输层6.2.1 运输层中的两个协议n两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU(Transport Protocol Data Unit)。nTCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)n UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。TCP 与 UDP TCP/IP 体系中的运输层协议 TCPUDPIP应用层与各种网络接口运输层TCP 与 UDP nUDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。nTCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务，但增加了许多的开销。6.2.2 端口的概念n端口就是运输层服务访问点 TSAP。n端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给运输层；同时让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。n从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。端口在进程之间的通信中所起的作用 应用层运输层网络层TCP 报文段UDP用户数据报应用进程TCP 复用IP 复用UDP 复用TCP 报文段UDP用户数据报 应用进程端口端口TCP 分用UDP 分用IP 分用发送方接收方端口 n端口用一个 16 bit 端口号进行标志。n端口号标志计算机应用层中的各进程。端口分为两部分，一部分是保留端口，另外一部分是自由端口。n其中保留端口只占很小的数目，以全局方式进行分配，即由一个公认的机构ICANN统一进行分配，其数值一般为0-1023。n自由端口占全端口的绝大部分，以本地方式进行分配。nTCP和UDP均规定，小于256的端口号才能作为保留端口使用。应用程序保留端口SMTPTELNETDNSHTTPTFTPSNMP(trap)SNMPFTP212325538069162161保留端口保留端口插口(socket)nTCP 使用“连接”作为最基本的抽象，同时将 TCP 连接的端点称为插口(socket)，或套接字、套接口。n插口和端口、IP 地址的关系是：IP 地址131.6.23.13 端口号1500 131.6.23.13,1500插口(socket)6.3 用户数据报协议 UDP 6.3.1 UDP 概述 nUDP 的功能：端口的功能和差错检测的功能。n虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。n发送数据之前不需要建立连接nUDP 的主机不需要维持复杂的连接状态表。nUDP 用户数据报只有8个字节的首部开销。n网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。端口是用报文队列来实现 UDP 端口 51000UDP 端口 69出队列入队列出队列入队列TFTP 服务器TFTP 客户UDP 用户数据报应用层运输层6.3.2 UDP 用户数据报的首部格式 伪首部源端口目的端口长 度检验和数 据首 部UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 数据报字节44112122222字节发送在前数 据首 部UDP 用户数据报伪首部源端口目的端口长 度检验和数 据首 部UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 数据报字节44112122222字节发送在前数 据首 部UDP 用户数据报用户数据报 UDP 有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段有 8 个字节，由 4 个字段组成，每个字段都是两个字节。伪首部源端口目的端口长 度检验和数 据首 部UDP长度源 IP 地址目的 IP 地址017IP 数据报字节44112122222字节发送在前数 据首 部UDP 用户数据报在计算检验和时，临时把“伪首部”和 UDP 用户数据报连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。6.4 传输控制协议 TCP 6.4.1 TCP 概述 端口发送 TCP 报文段TCPTCP接收缓存发送缓存报文段报文段报文段端口发送端接收端向发送缓存写入数据块从接收缓存读取数据块应用进程应用进程TCP首部20 字节的固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FIN32 bitSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充TCP 数据部分TCP 首部TCP 报文段IP 数据部分IP 首部发送在前TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充源端口和目的端口字段各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充序号字段占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充确认号字段占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充数据偏移占 4 bit，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位不是字节而是 32 bit 字（4 字节为计算单位）。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充保留字段占 6 bit，保留为今后使用，但目前应置为 0。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充紧急比特 URG 当 URG 1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充确认比特 ACK 只有当 ACK 1 时确认号字段才有效。当 ACK 0 时，确认号无效。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充推送比特 PSH(PuSH)接收 TCP 收到推送比特置 1 的报文段，就尽快地交付给接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充复位比特 RST(ReSeT)当 RST 1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充同步比特 SYN 同步比特 SYN 置为 1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充终止比特 FIN(FINal)用来释放一个连接。当FIN 1 时，表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充窗口字段 占 2 字节。窗口字段用来控制对方发送的数据量，单位为字节。TCP 连接的一端根据设置的缓存空间大小确定自己的接收窗口大小，然后通知对方以确定对方的发送窗口的上限。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充检验和 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充紧急指针字段 占 16 bit。紧急指针指出：在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充选项字段 长度可变。TCP 只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS(Maximum Segment Size)。MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”MSS 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段。TCP首部20字节固定首部目 的 端 口数据偏移检 验 和选 项 （长 度 可 变）源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留FINSYNRSTPSHACKURG比特 0 8 16 24 31填 充填充字段 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。6.4.3 TCP 的数据编号与确认 nTCP 协议是面向字节的。TCP 将所要传送的报文的数据字段看成是字节组成的数据流，并使每一个字节对应于一个序号。n在连接建立时，双方要商定初始序号。TCP 每次发送的报文段的首部中的序号字段数值表示该报文段中的数据部分的第一个字节的序号。n TCP 的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认。接收端返回的确认号是已收到的数据的最高序号加 1。因此确认号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。6.4.4 TCP 的流量控制与拥塞控制1.滑动窗口的概念nTCP 采用大小可变的滑动窗口进行流量控制。窗口大小的单位是字节。n在 TCP 报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前给对方设置的发送窗口数值的上限。n发送窗口在连接建立时由双方商定。n在通信的过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态地调整对方的发送窗口上限值(可增大或减小)。收到确认即可前移1002003004005006007008009001012013014015016017018011发送窗口可发送不可发送指针举例：n发送端要发送 900 字节长的数据，划分为 9 个 100 字节长的报文段，而发送窗口确定为 500 字节。n发送端只要收到了对方的确认，发送窗口就可前移。n发送 TCP 要维护一个指针。每发送一个报文段，指针就向前移动一个报文段的距离。收到确认即可前移1002003004005006007008009001012013014015016017018011可发送不可发送指针1002003004005006007008009001012013014015016017018011发送窗口可发送不可发送指针发送窗口前移n发送端已发送了 400 字节的数据，但只收到对前 200 字节数据的确认，同时窗口大小不变。n现在发送端还可发送 300 字节。已发送并被确认已发送但未被确认1002003004005006007008009001012013014015016017018011已发送并被确认已发送但未被确认可发送不可发送指针1002003004005006007008009001012013014015016017018011已发送并被确认可发送不可发送指针发送窗口前移发送窗口缩小n发送端收到了对方对前 400 字节数据的确认，但对方通知发送端必须把窗口减小到 400 字节。n现在发送端最多还可发送 400 字节的数据。利用可变窗口大小进行流量控制双方确定的窗口值是 400 SEQ=1SEQ=201SEQ=401SEQ=301SEQ=101SEQ=501ACK=201,WIN=300ACK=601,WIN=0ACK=501,WIN=200主机 A主机 B允许 A 再发送 300 字节（序号 201 至 500）A 还能发送 200 字节A 发送了序号 301 至400，还能再发送100字节A 还能发送 300 字节A 发送了序号 401 至 500，不能再发送新数据A 超时重发，但不能发送序号 500 以后的数据允许 A 再发送 200 字节（序号 501 至 700）A 还能发送 100 字节（序号 601 至 700）不允许 A 再发送（到序号 600 的数据都已收到）SEQ=201丢失！2.慢开始和拥塞避免n发送端的主机在确定发送报文段的速率时，既要根据接收端的接收能力，又要从全局考虑不要使网络发生拥塞。n因此，每一个 TCP 连接需要有以下两个状态变量：n接收端窗口 rwnd(receiver window)又称为通知窗口(advertised window)。n拥塞窗口 cwnd(congestion window)。接收端窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd n(1)接收端窗口 rwnd 这是接收端根据其目前的接收缓存大小所许诺的最新的窗口值，是来自接收端的流量控制。n(2)拥塞窗口 cwnd(congestion window)是发送端根据自己估计的网络拥塞程度而设置的窗口值，是来自发送端的流量控制。发送窗口的上限值n发送端的发送窗口的上限值应当取为接收端窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd 中较小的一个。n即应按以下公式确定：发送窗口的上限值 Min rwnd,cwnd (7-1)n当 rwnd cwnd 时，是接收端的接收能力限制发送窗口的最大值。n当 cwnd rwnd 时，则是网络的拥塞限制发送窗口的最大值。慢开始算法的原理 n在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口 cwnd 设置为一个最大报文段 MSS 的数值（即1个TCP报文段）。n在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个 MSS 的数值。n用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd，可以使分组注入到网络的速率更加合理。拥塞避免算法的原理 n使发送端的拥塞窗口 cwnd 每经过一个往返时延RTT就增加一个最大报文段 MSS 的数值。n因此拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长。n比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢的多。慢开始门限ssthreshn为了防止拥塞窗口cwnd的增长引起网络拥塞，设置慢开始门限ssthresh，其用法：n当cwndssthresh，改用拥塞避免算法；n当cwndssthresh，可使用以上两种的其中之一。慢开始门限ssthresh的设置nTCP连接建立时可设置慢开始门限ssthresh的初始值；n传输过程中，一旦发送端发现网络出现拥塞，将慢开始门限ssthresh设置为出现拥塞时的发送窗口值的一半（但不小于2）；同时将拥塞窗口cwnd重新设置为1，并执行慢开始算法。慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口置为 1。图中的窗口单位不使用字节而使用报文段。慢开始门限的初始值设置为 16 个报文段，即 ssthresh=16。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端的发送窗口不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。假定接收端窗口足够大，因此现在发送窗口的数值等于拥塞窗口的数值。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 在执行慢开始算法时，拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1，发送第一个报文段 M0。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免发送端收到 ACK1（确认 M0，期望收到 M1）后，将 cwnd 从 1 增大到 2，于是发送端可以接着发送 M1 和 M2 两个报文段。慢开始和拥塞避免算法的实现举例 接收端发回 ACK2 和 ACK3。发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK，就把发送端的拥塞窗口加 1。现在发送端的 cwnd 从 2 增大到 4，并可发送 M4 M6共 4个报文段。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK，就把发送端的拥塞窗口加 1，因此拥塞窗口 cwnd 随着传输次数按指数规律增长。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当拥塞窗口 cwnd 增长到慢开始门限值 ssthresh 时（即当 cwnd=16 时），就改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按线性规律增长。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长ssthresh=16慢开始慢开始线性规律增长拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 假定拥塞窗口的数值增长到 24 时，网络出现超时（表明网络拥塞了）。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 更新后的 ssthresh 值变为 12（即发送窗口数值 24 的一半），拥塞窗口再重新设置为 1，并执行慢开始算法。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 cwnd=12 时改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按按线性规律增长，每经过一个往返时延就增加一个 MSS 的大小。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh=16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh=12进入拥塞避免必须强调指出 n“拥塞避免”并非指完全能够避免了拥塞。利用以上的措施要完全避免网络拥塞还是不可能的。n“拥塞避免”是说在拥塞避免阶段把拥塞窗口控制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现拥塞。3.快重传和快恢复n快重传算法规定，发送端只要一连收到三个重复的 ACK 即可断定有分组丢失了，就应立即重传丢失的报文段而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的超时。n不难看出，快重传并非取消重传计时器，而是在某些情况下可更早地重传丢失的报文段。快重传举例M1,M2ACK2,ACK3M4主机 A主机 BB 确认 M1 和 M2A 发送 M1 和 M2A 收到了三个重复的确认 ACK3，就立即重传 M3，而不必等待超时重传。M3丢失！A 发送 M3 但丢失了A 发送 M4ACK3M5A 发送 M5ACK3B 发送第二个重复确认 ACK3M6A 发送 M6ACK3M3B 发送第三个重复确认 ACK3B 只能再次确认 M2(因为 M3 没有收到）快恢复算法(1)当发送端收到连续三个重复的 ACK 时，就将慢开始门限 ssthresh减半，以预防网络发生拥塞。(2)与慢开始不同之处是拥塞窗口 cwnd 不是设置为 1，而是设置为 ssthresh，并按拥塞避免算法继续发送报文段。也可以将拥塞窗口cwnd设置为ssthresh+3 MSS。6.4.5 TCP 的重传机制n重传机制是 TCP 中最重要和最复杂的问题之一。nTCP 每发送一个报文段，就对这个报文段设置一次计时器。只要计时器设置的重传时间到但还没有收到确认，就要重传这一报文段。往返时延的方差很大n由于 TCP 的下层是一个互连网环境，IP 数据报所选择的路由变化很大。因而运输层的往返时延的方差也很大。时间数据链路层运输层T1T2T3往返时延的概率分布 往返时延的自适应算法 n记录每一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认报文段的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时延。n将各个报文段的往返时延样本加权平均，就得出报文段的平均往返时延 RTT。n每测量到一个新的往返时延样本，就按下式重新计算一次平均往返时延 RTT：平均往返时延RTT (旧的RTT)(1 )(新的往返时延样本)n在上式中，0 1。参数 的选择n若 很接近于 1，表示新算出的平均往返时延 RTT 和原来的值相比变化不大，而新的往返时延样本的影响不大(RTT 值更新较慢)。n若选择 接近于零，则表示加权计算的平均往返时延 RTT 受新的往返时延样本的影响较大(RTT 值更新较快)。n典型的 值为 7/8。超时重传时间 RTO(RetransmissionTime-Out)n计时器的 RTO 应略大于上面得出的 RTT，即：RTO RTTn这里 是个大于 1 的系数。n若取 很接近于1，发送端可及时地重传丢失的报文段，因此效率得到提高。n但若报文段并未丢失而仅仅是增加了一点时延，那么过早地重传反而会加重网络的负担。n因此 TCP 原先的标准推荐将 值取为 2。往返时延 RTT?往返时间的测量相当复杂 nTCP 报文段 1 没有收到确认。重传（即报文段 2）后，收到了确认报文段 ACK。n如何判定此确认报文段是对原来的报文段 1 的确认，还是对重传的报文段 2 的确认？发送一个TCP 报文段超时重传TCP 报文段收到 ACK时间12往返时延 RTT?是对哪一个报文段的确认？Karn 算法 n在计算平均往返时延 RTT 时，只要报文段重传了，就不采用其往返时延样本。n这样得出的平均往返时延 RTT 和重传时间就较准确。修正的 Karn 算法 n报文段每重传一次，就将重传时间增大一些：新的重传时间 (旧的重传时间)n系数 的典型值是2。n当不再发生报文段的重传时，才根据报文段的往返时延更新平均往返时延 RTT 和重传时间的数值。n实践证明，这种策略较为合理。6.4.6 随机早期丢弃 RED(Random Early Discard)n使路由器的队列维持两个参数，即队列长度最小门限 THmin 和最大门限 THmax。nRED 对每一个到达的数据报都先计算平均队列长度 LAV。n若平均队列长度小于最小门限 THmin，则将新到达的数据报放入队列进行排队。n若平均队列长度超过最大门限 THmax，则将新到达的数据报丢弃。n若平均队列长度在最小门限 THmin 和最大门限THmax 之间，则按照某一概率 p 将新到达的数据报丢弃。RED 将路由器的到达队列划分成为三个区域 从队首发送最小门限 THmin最大门限 THmax数据报到达平均队列长度 Lav排队丢弃以概率 p 丢弃丢弃概率 p 与 THmin 和 Thmax 的关系 最小门限 THmin最大门限 THmax平均队列长度 Lav数据报丢弃概率 p1.00pmaxn当 LAV THmin 时，丢弃概率 p=0。n当 LAV THmax 时，丢弃概率 p=1。n当 THmin LAV THmax时，0 p 1。例如，按线性规律变化，从 0 变到 pmax。瞬时队列长度和平均队列长度的区别 队列长度时间瞬时队列长度平均队列长度6.4.7 TCP 的运输连接管理1.运输连接的三个阶段 n运输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。n连接建立过程中要解决以下三个问题：n要使每一方能够确知对方的存在。n要允许双方协商一些参数（如最大报文段长度，最大窗口大小，服务质量等）。n能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进行分配。客户服务器方式 nTCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。n主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)。n被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。用三次握手建立 TCP 连接 SYN,SEQ=x主机 BSYN,ACK,SEQ=y,ACK=x 1ACK,SEQ=x+1,ACK=y 1被动打开主动打开确认确认主机 A连接请求建立 TCP 连接nA 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步比特 SYN 应置为 1，并选择序号 x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。nB 的 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。nB 在确认报文段中应将 SYN 置为 1，其确认号应为 x 1，同时也为自己选择序号 y。nA 收到此报文段后，向 B 给出确认，其确认号应为 y 1。nA 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。n当运行服务器进程的主机 B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程，连接已经建立。TCP 连接释放的过程 FIN,SEQ=xACK,SEQ=w,ACK=x 1ACK,SEQ=x+1,ACK=y 1应用进程释放连接A 不再发送报文FIN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1主机 B主机 A通知主机应用进程应用进程释放连接B 不再发送报文确认确认从 A 到 B 的连接就释放了，连接处于半关闭状态。相当于 A 向 B 说：“我已经没有数据要发送了。但你如果还发送数据，我仍接收。”至此，整个连接已经全部释放。6.4.8 TCP 的有限状态机n为了管理因特网，在网络管理中心设有管理信息库 MIB(Management Information Base)。n管理信息库存放着各主机的 TCP 连接表。nTCP 连接表对每个连接都登记了其连接信息。除本地和远地的 IP 地址和端口号外，还要记录每一个连接所处的状态。连接状态 本地 IP 地址 本地端口 远地 IP 地址 远地端口连接 1连接 2连接 n TCP的有限状态机 CLOSEDESTABLISHEDLISTENCLOSE_WAITFIN_WAIT_1SYN_RCVDFIN_WAIT_2CLOSINGTIME_WAITSYN_SENTLAST_ACK主动打开被动打开被动关闭主动关闭起点被动打开主动打开 发送 SYN同时打开收到 SYN，发送 SYN,ACK收到 ACK数据传送 阶段 关闭发送 FIN 关闭发送 FIN 关闭发送 FIN收到 RST 收到 SYN发送 SYN,ACK 关闭或超时收到 ACK 收到 SYN,ACK发送 ACK收到 ACK收到 ACK收到 FIN发送 ACK收到 FIN,ACK 发送 ACK收到 FIN发送 ACK同时关闭收到 FIN发送 ACK发送 SYN定时经过两倍报文段寿命后关闭TCP 的正常的连接建立和关闭 SYN,SEQ=x客户进程服务器进程LISTEN（被动打开）(主动打开)SYN_SENTSYN_RCVDESTABLISHEDESTABLISHED(主动关闭)FIN_WAIT_1CLOSE_WAIT(被动关闭)FIN_WAIT_2LAST_ACKTIME_WAITCLOSED（全双工数据传送阶段）SYN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1ACK,SEQ=x+1,ACK=y+1FIN,SEQ=uACK,SEQ=v,ACK=u+1FIN,ACK,SEQ=v,ACK=u+1ACK,SEQ=u+1,ACK=v+1TIME_WAITCLOSE_WAITSYN_RCVDESTABLISHED作业1.一个UDP用户数据报的数据字段为8192字节。在链路层要使用以太网来传送。试问应当划分为几个IP数据报片？说明每一个数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值。2.主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段，其序号分别是70和100。试问：(1)第一个报文段携带了多少字节的数据？(2)主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少？(3)如果B收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180，试问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节？作业（续）3.在使用TCP传送数据时，如果有一个确认报文段丢失了，也不一定会引起与该确认报文段对应的数据的重传。试说明理由。4.设TCP的ssthreash的初始值为8(单位为报文段)。当拥塞窗口上升到12时网络发生了超时，TCP使用慢开始和拥塞避免。试分别求出第1轮次到第15轮次传输的各拥塞窗口大小，并说明拥塞窗口每一次变化的原因。5.用TCP传送512字节的数据。设窗口为100字节，而TCP报文段每次也是传送100字节的数据。再设发送方和接收方的起始序号分别选为100和200，试画出从TCP连接建立到连接释放的整个工作流程图，并标明SYN、ACK、seq、ack的值。