TCP 保證傳輸可靠性

2022-09-21 03:36:13 字數 2348 閱讀 4582

tcp協議保證資料傳輸可靠性的方式主要有:

計算方式:在資料傳輸的過程中,將傳送的資料段都當做乙個16位的整數。將這些整數加起來。並且前面的進製不能丟棄,補在後面,最後取反,得到校驗和。

傳送方:在傳送資料之前計算檢驗和,並進行校驗和的填充。

接收方:收到資料後,對資料以同樣的方式進行計算,求出校驗和,與傳送方的進行比對。

注意:如果接收方比對校驗和與傳送方不一致,那麼資料一定傳輸有誤。但是如果接收方比對校驗和與傳送方一致,資料不一定傳輸成功。

序列號:tcp傳輸時將每個位元組的資料都進行了編號,這就是序列號。

確認應答:tcp傳輸的過程中,每次接收方收到資料後,都會對傳輸方進行確認應答。也就是傳送ack報文。這個ack報文當中帶有對應的確認序列號,告訴傳送方,接收到了哪些資料,下一次的資料從**發。 

序列號的作用不僅僅是應答的作用,有了序列號能夠將接收到的資料根據序列號排序,並且去掉重複序列號的資料。這也是tcp傳輸可靠性的保證之一。

在進行tcp傳輸時,由於確認應答與序列號機制,也就是說傳送方傳送一部分資料後,都會等待接收方傳送的ack報文,並解析ack報文,判斷資料是否傳輸成功。如果傳送方傳送完資料後,遲遲沒有等到接收方的ack報文,這該怎麼辦呢?而沒有收到ack報文的原因可能是什麼呢?

首先,傳送方沒有介紹到響應的ack報文原因可能有兩點:

tcp在解決這個問題的時候引入了乙個新的機制,叫做超時重傳機制。簡單理解就是傳送方在傳送完資料後等待乙個時間,時間到達沒有接收到ack報文,那麼對剛才傳送的資料進行重新傳送。如果是剛才第乙個原因,接收方收到二次重發的資料後,便進行ack應答。如果是第二個原因,接收方發現接收的資料已存在(判斷存在的根據就是序列號,所以上面說序列號還有去除重複資料的作用),那麼直接丟棄,仍舊傳送ack應答。

那麼傳送方傳送完畢後等待的時間是多少呢?如果這個等待的時間過長,那麼會影響tcp傳輸的整體效率,如果等待時間過短,又會導致頻繁的傳送重複的包。如何權衡?

由於tcp傳輸時保證能夠在任何環境下都有乙個高效能的通訊,因此這個最大超時時間(也就是等待的時間)是動態計算的。

在linux中(bsd unix和windows下也是這樣)超時以500ms為乙個單位進行控制,每次判定超時重發的超時時間都是500ms的整數倍。重發一次後,仍未響應,那麼等待2*500ms的時間後,再次重傳。等待4*500ms的時間繼續重傳。以乙個指數的形式增長。累計到一定的重傳次數,tcp就認為網路或者對端出現異常,強制關閉連線。

連線管理就是三次握手與四次揮手的過程,在前面詳細講過這個過程,這裡不再贅述。保證可靠的連線,是保證可靠性的前提。

接收端在接收到資料後,對其進行處理。如果傳送端的傳送速度太快,導致接收端的結束緩衝區很快的填充滿了。此時如果傳送端仍舊傳送資料,那麼接下來傳送的資料都會丟包,繼而導致丟包的一系列連鎖反應,超時重傳呀什麼的。而tcp根據接收端對資料的處理能力,決定傳送端的傳送速度,這個機制就是流量控制。

在tcp協議的報頭資訊當中,有乙個16位字段的視窗大小。在介紹這個視窗大小時我們知道,視窗大小的內容實際上是接收端接收資料緩衝區的剩餘大小。這個數字越大,證明接收端接收緩衝區的剩餘空間越大,網路的吞吐量越大。接收端會在確認應答傳送ack報文時,將自己的即時視窗大小填入,並跟隨ack報文一起傳送過去。而傳送方根據ack報文裡的視窗大小的值的改變進而改變自己的傳送速度。如果接收到視窗大小的值為0,那麼傳送方將停止傳送資料。並定期的向接收端傳送視窗探測資料段,讓接收端把視窗大小告訴傳送端。

注:16位的視窗大小最大能表示65535個位元組(64k),但是tcp的視窗大小最大並不是64k。在tcp首部中40個位元組的選項中還包含了乙個視窗擴大因子m,實際的視窗大小就是16為視窗欄位的值左移m位。每移一位,擴大兩倍。

tcp傳輸的過程中,傳送端開始傳送資料的時候,如果剛開始就傳送大量的資料,那麼就可能造成一些問題。網路可能在開始的時候就很擁堵,如果給網路中在扔出大量資料,那麼這個擁堵就會加劇。擁堵的加劇就會產生大量的丟包,就對大量的超時重傳,嚴重影響傳輸。

所以tcp引入了慢啟動的機制,在開始傳送資料時,先傳送少量的資料探路。探清當前的網路狀態如何,再決定多大的速度進行傳輸。這時候就引入乙個叫做擁塞視窗的概念。傳送剛開始定義擁塞視窗為 1,每次收到ack應答,擁塞視窗加 1。在傳送資料之前,首先將擁塞視窗與接收端反饋的視窗大小比對,取較小的值作為實際傳送的視窗。

擁塞視窗的增長是指數級別的。慢啟動的機制只是說明在開始的時候傳送的少,傳送的慢,但是增長的速度是非常快的。為了控制擁塞視窗的增長,不能使擁塞視窗單純的加倍,設定乙個擁塞視窗的閾值,當擁塞視窗大小超過閾值時,不能再按照指數來增長,而是線性的增長。在慢啟動開始的時候,慢啟動的閾值等於視窗的最大值,一旦造成網路擁塞,發生超時重傳時,慢啟動的閾值會為原來的一半(這裡的原來指的是發生網路擁塞時擁塞視窗的大小),同時擁塞視窗重置為 1。

擁塞控制是tcp在傳輸時盡可能快的將資料傳輸,並且避免擁塞造成的一系列問題。是可靠性的保證,同時也是維護了傳輸的高效性。

TCP如何保證可靠性傳輸

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