计算机网络 王道考研2021 第五章：传输层 -- TCP可靠传输TCP流量控制TCP拥塞控制

Posted 2021-12-24 CodeJiao

1. TCP可靠传输

TCP的任务是在IP层不可靠的、尽力而为服务的基础上建立一种可靠数据传输服务。TCP提供的可靠数据传输服务保证接收方进程从缓存区读出的字节流与发送方发出的字节流完全一样。TCP使用了校验、序号、确认和重传等机制来达到这一目的。其中，TCP的校验机制与一样UDP校验，这里不再赘述。

---

1.1 序号

---

1.2 确认

---

1.3 重传

---

2. TCP流量控制

TCP提供流量控制服务来消除发送方使接收方缓存区溢出的可能性，因此可以说流量控制是一个速度匹配服务（匹配发送方的发送速率与接收方的读取速率)。

TCP提供一种基于滑动窗口协议的流量控制机制，滑动窗口的基本原理已在第3章的数据链路层介绍过，这里要介绍的是TCP如何使用窗口机制来实现流量控制。

在通信过程中，接收方根据自己接收缓存的大小，动态地调整发送方的发送窗口大小，这称为接收窗口rwnd，即调整TCP报文段首部中的“窗口”字段值，来限制发送方向网络注入报文的速率。同时，发送方根据其对当前网络拥塞程序的估计而确定的窗口值，这称为拥塞窗口cwnd(后面会讲到)，其大小与网络的带宽和时延密切相关。

例如，在通信中，有效数据只从A发往B，而B仅向A发送确认报文，这时B可以通过设置确认报文段首部的窗口字段来将rwnd通知给A。rwnd即接收方允许连续接收的最大能力，单位是字节。发送方A总是根据最新收到的rwnd值来限制自己发送窗口的大小，从而将未确认的数据量控制在rwnd大小之内，保证A不会使B的接收缓存溢出。当然，A的发送窗口的实际大小取rwnd和 cwnd 中的最小值。

传输层和数据链路层的流量控制的区别:

传输层定义端到端用户之间的流量控制，数据链路层定义两个中间的相邻结点的流量控制。另外，数据链路层的滑动窗口协议的窗口大小不能动态变化，传输层的则可以动态变化。

---

3. TCP拥塞控制

所谓拥塞控制，是指防止过多的数据注入网络，保证网络中的路由器或链路不致过载。出现拥塞时，端点并不了解到拥塞发生的细节，对通信连接的端点来说，拥塞往往表现为通信时延的增加。当然，拥塞控制和流量控制也有相似的地方，即它们都通过控制发送方发送数据的速率来达到控制效果。

拥塞控制与流量控制的区别：拥塞控制是让网络能够承受现有的网络负荷，是一个全局性的过程，涉及所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。相反，流量控制往往是指点对点的通信量的控制，即接收端控制发送端，它所要做的是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。

提醒：

发送方发送窗口的实际大小由流量控制和拥塞控制共同决定。因此，当题目中同时出现接收端窗口（rwnd) 和拥塞窗口（cwnd) 时，发送方实际的发送窗口大小是由rwnd和 cwnd中较小的那一个确定的。

---

3.1 慢开始、拥塞避免

为了更好地对传输层进行拥塞控制，因特网建议标准定义了以下4种算法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。

在慢开始和拥塞避免算法中使用了“乘法减小”和“加法增大”方法。“乘法减小”是指不论是在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要出现一次超时(即很可能出现了网络拥塞)，就把慢开始门限值ssthresh设置为当前拥塞窗口值的一半。网络频繁出现拥塞时，ssthresh值就下降得很快，以大大减少注入网络的分组数。而“加法增大”是指执行拥塞避免算法后，在收到对所有报文段的确认后（即经过一个RTT)，就把拥塞窗口cwnd增加一个MSS 大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。

---

3.2 快重传、快恢复

作为对比,虚线为慢开始的处理过程。

---

---