12.第12节课第5章运输层

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 08:44:47

在发送完一个分组后呢，必须暂时保留已发送分组的副本，只有在收到相应的确认后呢。才能清除暂时保留的分组副本。分组和确认呢，都必须进行编号，这样呢，才能明确是哪一个发出的分组收到了确认，而哪一个分组呢，还没有收到确认。那么，第三超时计时器重传的时间呢？应当比数据在分组平均的往返时间更长一些。那么，这是我们的要注意的这样一个部分。

那么我们再来看一下确认。丢失和确认迟到。那么，我们来看一下这种情况。确认丢失了。那么，确a发送m1？b呢进行确认。那么这个时候嘞。但是呢a在设定的超时重传计时器之这样一个时间呢，没有收到确认那么b发送的m1呢丢确认丢失了。那么这个时候怎么办呢？a呢？超时重传m1。a在超时计时器到期后呢，

又重传m1。那么这个时候呢b就又收到了重传的分组，怎么办呢？这时呢，采取两个行动，第一个丢弃掉这个重复的m1。并且呢，重传。确认向a的发送确认。这是我们的确认丢失的这样一个情况。那么我们再看一下另外一种情况，传输过程呢，没有出现差错，但b对确认m1的。对分组m1的确认迟到了a会收到重复的确认，

对重复的确认的处理了，那么比较简单。收下后就丢弃，并仍然呢会收到重复的m1，并且要同样丢弃重复的m1。然后呢，重传确认分组。通常呢a最终总是可以收到对所有发出的分组的确认，如果a不断重传分组，但总是收不到确认呢，就说明通信线路太差，不能进行通信。通过这些确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的传输。那么像这样的可靠传输协议呢？

通常称为自动重传，请求arq，意思呢？是重传的请求是自动进行的。接收方呢，不需要请求发送方重创某个出错的分组。那么，停止等待的协议的优点呢？是简单，但缺点呢？是我们的信道利用率太低。那么于是呢？我们可以。为了提高。传输效率。

发送方呢？可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用流水线传输。流水线传输呢，就是发送方呢，可以连续发送多个分组，不必每发完一个分组呢，就停顿下来，等待对方的确认。这样呢，可以使信道一直有数据呢，不断的传输，这种传输方式呢？可以获得很高的信道利用率。当使用流水线传输的时候呢，

那么我们就要用到这样一个连我们可以呢，使用这样一个连续lr q协议。和滑动窗口协议。接下来我们看一下连续压缩协议。滑动窗口协议呢，比较复杂，那么我们先来看一下，我们可以看一下这样一个运用的实现的实时引用的这个运用部分。看一下这样一个连续lq协议的基本部分。比如说我们这是一个。发送方维持的发送窗口。它的意义呢，是表示位于发送窗口内的五个分组呢，都可以连续的发送出去，而不需要呢，

等待对方的确认。这样呢，信道利用率就提高了。在讨论滑动窗口时呢。我们呢，向前是沿着时间增大的方向，向后呢，是沿着时间减少的方向分组呢，是按顺序序号呢，从小到大发送的。那么，根据连续arq协议规定呢？发送方。每收到一个确认，就把发送窗口呢，

向前滑动一个分组的位置。比如说我们这样呢，收到了第一个分组的确认，就把发送窗口呢，向前一个分组的位置，如果原来已经发送了前五个分组，那么现在就可以发送窗口内的第六个分组了。那么，接收方呢？一般都采用累积确认的方式，就是说接收方不必对收到的分组呢？逐个发送确认，而是在发收到几个分组后呢？对按序到达的最后一个分组呢？发送确认。

这就表示了到这个分组为止的所有分组啊，都已经正确收到了。累积确认有优点的也有缺点，优点呢是容易实现，即使丢失了也不必重传，但缺点呢，不能向发送方反映出己方收到的正确的所有分组的信息。比如说如果发送方发送的前五个分组，中间三个分组丢失了，发接收方呢？只能对前两个分组发生确认，而无法知道后三个分组的下落，于是呢，直播把后三个分组呢都重传一次。这叫做回退n，

表示了需要再退回来重传。已经发送过的n个分组。那么由此可见呢，当通信链路质量不好的时候呢，连续rq协议呢，会带来负面的影响。接下来我们看一下。TCP.可靠通信的实现。TCP连接的每一端呢，都必须设有两个窗口，一个发送窗口，一个接收窗口。TCP的可靠传输机制呢，用自己的序号来进行控制。

TCP所有的确认制度确认呢，都是基于序号，而不是基于报文段的TCP两端的四个窗口呢，经常处于动态变化。TCP连接的往返时间rtt呢？也是也不是固定不变的那么。需要使用特定的算法来估算较为合理的这样一个重传时间，我们接下来看一下TCP报文段。它的一个首部格式。TCP呢？虽然是面向自己留的。但TCP传输的数据单元呢？那么却是报文段一个TCP报文段呢？分为数据和首部两部分。而TCP的全部功能呢，

都体现在它首部中的各字段中的作用。TCP报文段首部的前20个字节呢，是固定的，后面呢4n字节是根据需要呢而增加的选项。因此呢，TCP首播的最小字节呢，是20字节，那么我们来看一下各个部分。首先，原端口和目的端口呢？各站。两字节。分别写入原端口号和目的端口号。TCP的分用功能呢？也是通过端口才能实现。

序号字段呢，占了四字节。TCP连接中传送的数据流中的每一个字节呢，都编上一个序号，序号字段的值呢，则是指本报文段所发送的数据的第。第一个字节的序号。序号呢，占四字节范围呢，是零到二的32次方减，一共有二的32次方的序号。序号增加到二的32次方减一后呢，下一个序号又回到n，也就是说需要使用模32模二的32次方运算。TCP呢是面向自己流的，

在一个TCP传送中，点传连接中传送的自己流的每一个字节呢，都按顺序编号，整个要传送的自己流的起始序号呢。必须连接在建立时建立。首部中的序号字段呢，则是指本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。比如说一个报文段，它的序号字段值呢？是301。携带的数据呢，共有100字节，这就表明了本报文段的第一个字节的序号呢，是301，而最后一个字节的序号呢，

是400。那么也就说下一个报文段的数据呢？应当从401开始，那么下一个报文段的序号字段值呢？应当为401。那么，这个报文这个字段呢？也称为报文段序号。那么，接下来我们看一下确认号。确认号呢，占四字节是期望收到的，对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。那么也就是说，我们的确认号呢，

是希望收到的对方的下一个报文的第一个字节的序号，比如说b。正确收到了a发送来的一个报文段，其序号字段值呢是501，而数据长度呢是200字节。这表明b正确收到了a发送的序号，一直到700为止的数据，因此呢b期望收到的a的下一个数据。序号呢，是701，于是呢b在发送给a的确认报文当中呢，把序号呢置为701。也就是说，如果确认号等于n。则表明了到序号n- 1为止的所有数据呢，

都已正确收到。那么，这是这样一个运用的，这样一个使用的，这样一个运用部分。也就是说确认号呢，是我们。当前，已正确收到的。数据的序号的。下一个字节的下一个字节的序号，那么就是我们的确认号。如果确认号等于n，则表明到序号n- 1为止的所有数据了，都已正确收到。

接下来我们看一下数据偏移。数据偏移了占四位。它指出TCP报文段的数据呢，起始处距离TCP报文段起始处有多远。这个字段呢，实际上是指出TVB报文段的首部长度。由于首部中呢，还有长度不明确的字段选项，因此呢。数数据字段呢，那么要使用这样一个部分。那么但是呢，数据偏移的单位呢？是32位字。那么因此呢，

数据偏移的最大长度呢是64，60字节，那么这是TCP长度的主最大长度，也就是说选项长度呢？不能超过40字节。保留了那么占六位，那么供今后使用，但目前呢，应置零那么这是我们的保留。接下来我们再看一下六控制位六，接下来有六个控制位urur，这样一个控制位。说明该报文段的性质，那么我们首先看一下。urg紧急紧急。

当urg=1时呢，表明紧急指针。字段有效，它告诉系统呢，使报文段中有紧急数据，应当尽快传送，相当于高优先级的数据。而不按原来的排队顺序呢来传送。你比如说已经发送了很长的一个程序了，再在原地上的主机运行，但是发现了一些问题，需要取消该程序的运行，因此呢，要在用户的键盘发出中断命令ctrl+c。如果不使用紧急数据了，

那把这两个字符呢，存储在接收TCP的末尾缓存，只有在所有的数据被处理完后呢，这个字符呢，才被交付接收方的应用进程，这样呢，就浪费了很多时间。当urg至一的时候呢，发送应用进程呢，就告诉发送方的t cpu紧急数据传送，于是发送方呢，就把紧急数据插入到本报文段，数据段的数据的最前面。并且在紧急数据后面的数据呢，仍然是普通数据，

这时呢，要与紧急指针呢，配合使用，那么这是我们的紧急urg。那么，确认ack？仅当ack=1时确认号字段才有效。当ack呢等于零时，那么确认号呢无效？这是我们的确认号字段，这样一个确认号的这样一个部分。接下来我们再看一下推送push。PS h当两个应用进程呢，进行交互式的通信时，有时在一端的应用进程呢，

希望在建入一个命令后呢，就能够收到对方的响应。在这种情况下呢？TCP呢？可以使用我们的推送复习操作。这时啊，对方把发送方TCP呢，把push之一并立即建立一个报文发送出去，接收端呢，收到了push=1的报文后呢，就要尽快的交付给应用进程，而不再等到整个缓冲都填满。再向上交付复位rs 7，当rs 7=1的时候呢，表明TCP连接中出现了严重差错。

必须释放连接，然后呢，重新建立运输连接rst之一呢，还用来拒绝一个非法的报文段呢，或者拒绝打开一个链接。rs 7呢也称为重建位或者重置位。同步syn是用来建立。是连接建立时用来同步序号当syn=1表明了。而ack=0时表明，这是一个连接请求报文。若对方同意建立连接，则在响应的报文段中呢，是syn=1和ack=1。syn置为一呢，就表示这是一个请求连接的或者连接接触报文，

那么这是一个syn的这样一个部分。终止fin用来释放一个连接，当fin=1时表明此报文段的发送方的发送的数据呢，已发送完毕要求呢。释放运输连接。那么，这是我们的这样一些。控制位的部分，接下来我们看一下窗口。窗口呢，占两字节用来让对方设置发送窗口的依据，单位为字节。窗口指的是发送本报文段一方的接收窗口。窗口值告诉对方，从本报文段首部中的确认号算起，

接收方呢？目前允许对方发送的这样一个数据量。那么，之所以要有这个限制呢，是因为接收方的数据缓存空间呢，是有限的，那么窗口值呢？作为让接收方。作为接收方呢，让发送方设置其发送窗口的依据。窗口字段呢，明确指出了现在允许对方发送的数据量窗口值呢，在不断的动态的变化。那么，检验和占两字节。

检验和字段检检验的范围呢，包括手部和数据两部分，在计算检验核实要在TCP报文当中，前面呢，加上12字节的尾首部。紧急指针占两字节，紧急指针呢，只有在urg=1时了才有意义。它指出，本报文端中的紧急数据的字节数。因此呢，紧急指针指出了紧急数据末尾在报文段中的位置。当所有紧急数据处理完后呢？TCP呢？就告诉程序了，

恢复到正常操作。那么，窗口为临时啊，也可发送紧急数据。那么，接下来我们再看一下选项。选项字段呢，长度可变。TCP呢，最初只规定了一种选项，比如说最大报文段mss mss的告诉对方TCP。它的缓存呢？所能接受的报文段的数据字段的最大长度呢？是mss的字节。那么，

这是我们mss呢？是每一个TCP报文段中数据字段的最大长度。那么又说mss呢，是TCP报文段中数据字段的最大长度。数据字段呢，加上TCP首部呢，才等于整个的TCP报文段。接下来我们看一下其他的选项。窗口扩大选项占三字节，其中有一个字节呢，表示一位值s新的窗口值呢，等于把TCP中首部的窗口位数呢，增加到16+s。相当于把窗口值了向左移s位后，实际获得了窗口大小时间戳选项，

占十字节，其中最主要的字段呢，是时间戳指字段四字节。和时间戳回送字段四字节，这是我们的时间戳选项。填充字段呢，是为了使这首部的。长度是四字节的整倍数。接下来我们看一下TCP。可靠传输的实现。那么，我们假设呢？是由我们的。a发送数据。b接收数据b给出确认。

比如说发送窗口的，那么这样呢，我们就可以看到，就有两个窗口的这样一个部分，比如说a的发送窗口，那么和b的接收窗口。我们来看一下以字节为单位的滑动窗口TCP的滑动窗口呢，是以字节为单位的。那么，我们来看一下。假定a收到了b发来的确认报文段，其中呢？窗口值呢，是20字节。确认号。

是31。这就表明呢，在序号31之前的这些数据呢，都已经收到了。b期望收到的呢，下一个序号呢是31。根据这两个数据呢a呢，就构造出自己的发送窗口，那么是这样一个发送窗口呢？等于20的这样一个部分。发送窗口呢，表示在没有收到b的确认的情况下a可以连续的把窗口内的数据呢，都发送出去。凡是已发送过的数据呢？在未收到确认之前都必须暂时保留，

以便在超时重传时的使用。发送窗口内的序号呢，表示允许发送的序号，显然窗口越大，发送窗口呢，发送方就可以在收到对方确认之前呢，连续发送更高的数据。因而呢，可能获得更高的传输效率。发送窗口后沿的部分呢，表示已经收到了，确认这些数据呢，不需要再保留了。而发送窗口前沿的部分呢，表示不允许发送的。

发送窗口的位置啊，由窗口前沿和后沿的共同决定。发送窗口后沿的变化有两种，就是说不动，可能不动，就是没有收到确认的新的确认，或者说钱已收到了新的确认。发送窗口呢，后沿那么不会向后进行运动，向后进行移动，那么就说不能撤销了，已收到的确认。发送窗口前沿呢，通常是不断的向前移动，那么但是有可能不动一个呢，

是没有收到新的确认对方通知的窗口大小也不变。二是收到了新的确认，但对方通知的窗口选项卡缩小了，使得发送窗口选项正好不动。发送窗口前沿呢，可能向后收缩，这是发生在对方通知窗口缩小了。那么通常呢，我们没有进行这样一个做的，这样一个实验的运用的实施的，这样一个实现的。运用的这样一个部分。那么假定呢？我们来看一下。假定a发送了。

数序号。为31到41的这样一些数据。那么这个时候呢，发送窗口位置呢，并未改变。但是呢，发送窗口内靠后有11个字节表示。已发送，但未收到确认而发送窗口内靠前有九个字节是允许发送，但尚未发送的。那么我们看一下。接下来看一下b的接收窗口。b的接收窗口呢，是20在接收窗口外面呢，到30号为止的数据呢，

都是已经发送，并且已经交付主机了。因此呢，在b呢，可以不再保留这些数据。接收窗口类的序号呢，31到50呢，是允许接收的。啊，比如说b收到了，序号为32和33的数据，但这些数据呢，没有按序到的啊，因为序号为31的数据没有收到。b呢，

只能对按序收到的数据中的最高序号进行确认，因此呢b发送的确认报文段中的序号仍是31，而不是33，这样一个32，33的这样一个部分。那么现在呢？我们假设。b收到了，31的数据。并且把31和33呢都交给主机，然后b删除掉，这些数据接着把接收窗口呢，向前移动三个序号。同时呢，给a发送确认其中窗口大小仍是20确认号呢，

就是变成了34。这表明了b呢，已经正收到了，到序号33为止的数据。a收到b的确认后呢，就可以把发送窗口呢向前。滑动三个序号。那么a在继续发送完42到53的这样一些数据后呢？发送窗口内的序号呢，都已用完，但还没有再收到确认此时呢。a的发送窗口呢，已满可用窗口呢，已减小到零，因此呢，

必须停止发送。这是我们的发送窗口，接收窗口的部分。那么发送方呢？把应用进应用进程，把字节流呢写入TCP的发送，缓存，接收方的应用进程呢？从TCP的接收，缓存中呢？读取字节流。那么，这是我们的发送缓存这样一个部分。那么，缓存空间和序号空间都是有限的，

并且是巡航使用的。由于实际上缓存呢，和窗口中的字节数量比较大，那么我们呢？那么简单的来写一下这样一个。实现的。运运行的实施的这样一个进行的这样一个部分。那么我们看一下。这样一个发送方的情况。发送应用程序呢？传给发送方TCP准备的数据TCP呢？已发送，但尚未收到确认的数据。发送方呢？发送窗口呢，

通常只是发送缓存的一部分，当已确当已被确认的数据呢，应当从发送缓存中删除，因此发送缓存和发送窗口的后延是重合的。发送应用进程。最后写入缓存的字节呢，减去最后被确认的字节，就是还保留在缓存中的被写入的字节数。发送应用进程呢，必须控制写入缓存的速率，那么不能太快，否则缓存了就没有存放出去的空间。那么我们再看一下接收方的情况，接收缓存呢，用来暂时存放按需到达的，

但尚未被应用程序呢。读取的数据。以及呢，未按序到达的数据。如果收到的分组有差错，就要丢弃，如果接收应用进程呢，来不及读取，收到的数据呢，接收缓存呢，最终会。放满使接触窗口的减到零。如果接收应用程序了，能够及时的从接收缓存中读出于收到的数据，那么接收窗口呢，

就可以增大，但最大不能超过接收缓存的大小。那么，我们来看一下。a虽然a的发送窗口呢和b的接是根据b的接入窗口设置了，但在同一时刻。a的发送窗口呢，并不总和b的接收窗口一样大，因此呢，因为呢，通过网络传送窗口值呢，需要一定的时间之后一定的时间的这样一个等待。发送方呢，还可能根据网络当时的拥塞情况呢，减少自己的发送窗口值。

嗯哼。对于不按需到达的数据呢？那么，并没有如何这样一个。处理的这样一个方式，通常呢，是先临时存放在接收窗口中，等到自解流缺少的数据收到之后呢，再按序上交给上层的这样一个应用进程。TCP呢，要求接收方。必须拥有累积确认的功能，这样呢，可以减少传输开销，那么最后呢，

我们再说一下。TCP的通信呢，是全双工通信的。通信的每一方呢，都在发送和接收报文段，那么这是我们TCP的这样一个部分。接下来我们再看一下超时重传时间的选择，那么TCP的发送方在规定的时间内呢？没有收到，重正确没有收到确认就要重传报文段。那么，我们来看一下。重传时间的这样一个选择，应该怎样来运用这样一个部分？TCP呢采用了一种自适性算法。

它记录一个报文段发出的时间，以及呢，收到相应确认的时间。这两个时间之差呢，就是报文段的往返时间rtt。TCP呢，保留了rtt的一个加权，平均往返时间rt ts，这称为一个平滑的。往返时间。每当第一次测量rtt样本时，啊rtt值啊，就取测到的rtt样本值，但每后以后每测到一个新的rtt样本呢？就按照这样一个公式呢，

重新计算一次rt ts就说新的rt ts呢，等于一减阿尔法乘以旧的rt ts，加上阿尔法乘以新的rtt样本。那么，在这个式子当中，零小于阿尔法，小于零小于等于阿尔法，小于一若阿尔法，很接近于零。这表明，新的rtds值了和旧的rtds值了变化不大。而对新的rtd值的样本影响不大，若阿尔法呢？选择如果接近一则表示新的rtds值了，受新的rtd样本值较大。

已成为建议标准的rfc推荐的阿尔法值呢，为八分之一。那么，用这种加权方法得到的这样一个加权平均往返时间rtds呢？就比测量出的rtds是更加平滑。那么，超时计时器设置的重传时间rto呢？应该越大于上面得出了加权平均往返时间rt ts。那么我们可以呢，用这样一个公式呢来计算rtt to。rto呢等于rt ts+4×rt tdr ttd呢是rtt的加偏差的加权平均值。好吧，我们来看一下怎么计算rtd d在第一次测量时rtd值呢？取为测量到的rtd样本值的一半。在以后的测量中，

那么使用这样一个公式呢来计算加权平均的rtd，新的rtd d呢等于一减rf beta乘以旧的rtd d加上beta乘以rt。gts减新的rgt样本的这样一个绝对值。那么，这个贝塔呢？是个小于一的系数，那么它的推荐值呢？是四分之一，那么就是零点二五。那么TCP报文段一没有收到确认重传后呢？收到了确认的报文段。那么，如何判断此报文段是原来的？报文段的确认还是对后来的报文段的确认呢，那么由于重传的报文段呢，

和原来的报文段完全一样，因此呢？在原主机收到确认后呢，无法做出正确的判断，而正确的判断呢，对确定加减平均的rtds关系很大。那么，若收到的确认呢？是对重传报文段的确认，那么这样呢？计算出来的那么却那么却当成是原来的报文段的确认。那么，这样呢？计算出来的rto呢？就会偏大，

那么若后面的报文段呢？又是重传，后来才确认的经过的重传报文段，那么得到这rto呢？会更加的正常，这样一个部分。比如说在计算平均往返时间rtd时，只要包文段重传了，就不采用其往返时间样本，这样的得出的加权平均是往返时间的rtds了和。和超时重装rto呢？那么就比较准确，那么就是我们的这样一个卡人算法，这样一个部分。那么，

接下来我们再看一下选择确认sack。那么，当接收方？在接收和前面。字节流不连续的两个字节块，如果这些字节的序号呢，都在接收窗口内，那么接收方呢，就要先收下这些数据，然后把这些信息呢告诉发送方，使发送方呢，不再重复发送这样一个数据。收到的数据。比如说我们收到了这样一个字节，又不连续，

那么我们收到这个字节流呢？和前后字节流不连续的每个字节块呢？都有两个边界，左边界和右边界。第一个字节块的左边界呢，是一五零一右边界呢，是三零零一左边字节呢，左边界呢，指出了字节块第一个字节的序号，但右边字减一呢，才是我们。字节块中最后一个字节的序号。那就是我们编辑收到的自检的不连续的这样一个部分。那么，如果要使用选择确认呢？

在建立TCP连接时，就要在TCP首部中的选项中呢？加上允许sack的选项，而双方呢，都必须事先商量好，如果使用选择确认，那么在原来首部中的确认号字段中的用法仍然不变。只是在以后TCP报文的首部中呢，都增加了sa选项，以报告了，收到了不连续的字节块的边界。由于首部长度呢，首部选项的长度呢，最多只有44节，而指明一个边界呢，

就要用掉四个字节，因此呢，在选项中呢，最多能指明四个字节块的，这样一个边界信息。那么，这是这样一个用的，这样一个使用的用的，这样一个部分的，这样一个这样一个方式。呃，接下来我们看一下TCP的流量控制，一般来说我们总是希望数据传输的快一些。但如果发送方呢？把数据发送的过快，

接收方呢？就可能来不及接收，这会造成数据的丢失。流量控制呢，就是让发送方的发送数据呢，不要太快，也不要使网站接收方来得及接收。也要使了，也不要使了，网络发生拥塞，利用滑动窗口机制呢，可以很方便的在TCP连接上呢，实现对发送方的流量控制。比如说我们举个例子a向b发送数据。那么，

首先呢，a发送的序号。a发送了这样一个数据。一至100。那么这个时候嘞。那么，最开始的时候呢？b告诉a，它的接收窗口呢？rw nd呢？等于400字节，那么最开始的时候呢？a发送了一百一百字节，还能发送300字节。接下来呢？

a再发送100字节，还能发送200字节，那么接下来呢？a再发送了100字节，但是丢失了。那么接下来呢？a收到了这样一个确认，那么确认号是201。发送窗口呢，是300。那么这个时候呢，允许a。发送序号。201到500共300字节，那么接下来呢？

a又发送了100字节之后呢？再。发送了100字节，发送了301到400以及呢？401到500那么不能再发送新的数据了。那么，接下来a超时重传旧的数据，但是不能呢，发送新的数据，接下来呢？a，再收到一个确认允许a发送序号501到600共100字节，那么这个时候呢？a，再发送了序号501至600，

那么不能再发送了。这个时候呢a又收到一个确认，它表示了已经收到了数据，但是发送窗接触，但是我们的接收窗口呢为零，那么就不能够再发送数据了。那么，这是我们的。是这样一个用滑动窗口机制了，怎么实现流量控制的这样一个部分？

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