4.3 传输控制协议在线视频

第三节

TCP协议

本节介绍TCP协议的特点

差错控制 流量控制 连接与释放等内容

TCP协议的特点

简单说 支持面向连接服务

支持字节流传输

支持全双工通信

支持可靠性服务

TCP的可靠性

我们说TCP协议是可靠的

是指它

通过以下多种方式来确保了它的可靠性

这些方式包括

应用数据分成适合的数据块

重传计时器与确认机制

提供端-端的校验和

重新排序接收的数据报

检查并丢弃重复的数据

用于流量控制的可变窗口等等手段

TCP报文段

TCP 虽然是面向字节流的

但 TCP 传送的数据单元却是报文段

如图所示

一个 TCP 报文段分为首部和数据两部分

而 TCP 的全部功能

都体现在它的首部中各字段的作用

TCP 报文段首部的前 20 个字节是固定的

后面有 4n

字节

是根据需要而增加的选项 (其中n 是整数)

因此 TCP 首部的最小长度是 20 字节

差错控制

TCP是一个可靠的传输层协议

发送方的应用程序

将数据流交付给TCP

那么TCP将整个数据流

交付给接收方的应用程序

并且是按序的 没有差错的

也没有丢失或者是重复

TCP要做到这些

是通过差错控制来实现的

差错控制包括

检测受到损伤的报文段

丢失的报文段

失序的报文段和重复的报文段

以及检测出差错后纠正差错的机制

TCP中的差错检测

是通过3种简单的工具来完成的

校验和 超时 确认

每一个TCP报文段

都包括校验和字段

校验和用来

检查受到损伤的报文段

如果报文段通过检查发现它受到损伤

就丢弃

如果一个报文段

在超时截止期之前

未被确认

则被认为是受到损伤或已丢失

出错或超时的报文

都是通过重传来实现纠错

用滑动窗口协议

来完成流量控制的目的

是网络中使用的一种基本的方法

TCP协议也使用了这种方法

TCP发送数据的多少

是由这个窗口定义的

使用这种方法

两个主机

为每一个连接使用一个窗口

这个窗口叫做“滑动窗口”

当接收方

接收到正确的字节并发回确认时

这个窗口能够在缓存上滑动

窗口覆盖了缓存的一部分

这部分就是主机可以发送

而不必考虑从另一个主机发来的确认

窗口的大小可以是固定的

也可以是可变的

取决于目的进程的通知

目的进程可以在确认报文中

增大窗口

也可以在确认报文中减少窗口

在滑动窗口的操作中

可能出现一个严重的问题

就是当发送方

应用程序产生数据很慢

或者是接受方应用程序接收数据很慢

或者两者都有时

将会使得协议开销

与传输数据比例过高

使网络利用效率降低

例如

当 TCP 报文段只含有 1 字节的数据时

在 IP 层传输的数据报的开销至少

有 40 字节

包括 TCP 报文段的首部和 IP 数据报的首部

这样

对网络的利用率就不会超过 1/41

一个解决办法是

只要有数据到达就发送确认

但宣布的窗口大小为零

直到缓存空间已能放入

具有最大长度的报文段

或者缓存空间的一半已经空了

TCP连接的建立

TCP是面向连接的协议

所以TCP 建立连接的过程叫做握手

握手需要在两个进程之间

交换三个 TCP 报文段

称之为三次握手

采用三报文握手

主要是为了防止已失效的连接请求报文

段

突然又传回来了

因而产生错误

看图

1

主机A 的 TCP 向 主机 B

发送连接请求报文段

其首部中的同步位 SYN = 1

并选择序号 seq = x

表明传送数据时的

第一个数据字节的序号是 x

第二次是B 的 TCP 收到连接请求报文段后

如果同意

则发回确认

B 在确认报文段中

应使 SYN = 1

使 ACK = 1

其确认号 ack = x + 1

自己选择的序号 seq = y

第三次A 收到此报文段后向 B 给出确认

其 ACK = 1

确认号 ack = y +1

A 的 TCP 通知

上层应用进程

连接已经建立

B 的 TCP 收到主机 A 的确认后

也通知其上层应用进程

TCP 连接已经建立

这是它的这个TCP连接的三次握手过程

TCP连接的释放

那TCP 连接释放过程比较复杂

数据传输结束后

通信的双方都可释放连接

TCP 连接释放过程是四次握手来实现的

如图所示

第一次 A 的应用进程

先向其 TCP 发出连接释放报文段

并停止再发送数据 主动关闭TCP连接

2 B发确认 TCP 服务器进程通知高层应用进程

从 A 到 B 这个方向的连接就释放了

TCP 连接处于半关闭状态

B 若发送数据

A 仍然要接收

3 若 B 已经没有要向 A 发送的数据

其应用进程就通知 TCP 释放连接

最后一步

A 收到连接释放报文段后

必须要再发一个确认

TCP的状态

图中给出了

用有限状态机的形式

表示的TCP传输连接建立

维护与释放的状态转换图

可以更清晰地看出

TCP 连接的各种状态之间的关系

图中每一个方框都是 TCP 可能具有的状态

每个方框中的大写英文字符串

是 TCP 标准所使用的 TCP 连接状态名

状态之间的箭头

表示可能发生的状态变迁

箭头旁边的字

表明引起这种变迁的原因

或表明发生状态变迁后

又出现什么动作

图中有三种不同的箭头

粗实线箭头表示对客户进程的正常变迁

粗虚线箭头

表示对服务器进程的正常变迁

细线箭头表示异常变迁