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重新绘制 UDP 首部、TCP 首部、三次握手、四次挥手、滑动窗口、流量控制与拥塞控制、拥塞窗口变化和快重传的配图,图中使用具体的序号、端口和窗口值;RTT 和 RTO 的公式改为代码块。
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@@ -25,13 +25,13 @@
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## UDP 首部格式
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/d4c3a4a1-0846-46ec-9cc3-eaddfca71254.jpg" width="600"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/udp-header.png" width="600px"/> </div><br>
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首部字段只有 8 个字节,包括源端口、目的端口、长度、检验和。12 字节的伪首部是为了计算检验和临时添加的。
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## TCP 首部格式
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/55dc4e84-573d-4c13-a765-52ed1dd251f9.png" width="700"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-header.png" width="720px"/> </div><br>
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- **序号** :用于对字节流进行编号,例如序号为 301,表示第一个字节的编号为 301,如果携带的数据长度为 100 字节,那么下一个报文段的序号应为 401。
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@@ -49,7 +49,7 @@
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## TCP 的三次握手
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/e92d0ebc-7d46-413b-aec1-34a39602f787.png" width="600"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-handshake.png" width="600px"/> </div><br>
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假设 A 为客户端,B 为服务器端。
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@@ -71,7 +71,7 @@
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## TCP 的四次挥手
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/f87afe72-c2df-4c12-ac03-9b8d581a8af8.jpg" width="600"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-teardown.png" width="640px"/> </div><br>
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以下描述不讨论序号和确认号,因为序号和确认号的规则比较简单。并且不讨论 ACK,因为 ACK 在连接建立之后都为 1。
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@@ -103,12 +103,18 @@ TCP 使用超时重传来实现可靠传输:如果一个已经发送的报文
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一个报文段从发送再到接收到确认所经过的时间称为往返时间 RTT,加权平均往返时间 RTTs 计算如下:
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<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?RTTs=(1-a)*(RTTs)+a*RTT" class="mathjax-pic"/></div> <br>
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```text
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RTTs = (1 - a) × RTTs + a × RTT
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```
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其中,0 ≤ a < 1,RTTs 随着 a 的增加更容易受到 RTT 的影响。
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超时时间 RTO 应该略大于 RTTs,TCP 使用的超时时间计算如下:
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<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?RTO=RTTs+4*RTT_d" class="mathjax-pic"/></div> <br>
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```text
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RTO = RTTs + 4 × RTTd
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```
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其中 RTT<sub>d</sub> 为偏差的加权平均值。
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## TCP 滑动窗口
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@@ -117,9 +123,9 @@ TCP 使用超时重传来实现可靠传输:如果一个已经发送的报文
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发送窗口内的字节都允许被发送,接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认,那么就将发送窗口向右滑动一定距离,直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态;接收窗口的滑动类似,接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机,就向右滑动接收窗口。
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接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认,例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35},其中 {31} 按序到达,而 {34, 35} 就不是,因此只对字节 31 进行确认。发送方得到一个字节的确认之后,就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。
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接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认,例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35},其中 {31} 按序到达,而 {34, 35} 就不是,因此只对字节 31 进行确认,确认号为 32。发送方得到一个字节的确认之后,就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/a3253deb-8d21-40a1-aae4-7d178e4aa319.jpg" width="800"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-sliding-window.png" width="760px"/> </div><br>
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## TCP 流量控制
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@@ -131,18 +137,18 @@ TCP 使用超时重传来实现可靠传输:如果一个已经发送的报文
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如果网络出现拥塞,分组将会丢失,此时发送方会继续重传,从而导致网络拥塞程度更高。因此当出现拥塞时,应当控制发送方的速率。这一点和流量控制很像,但是出发点不同。流量控制是为了让接收方能来得及接收,而拥塞控制是为了降低整个网络的拥塞程度。
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/51e2ed95-65b8-4ae9-8af3-65602d452a25.jpg" width="500"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-flow-vs-congestion.png" width="700px"/> </div><br>
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TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制:慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
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发送方需要维护一个叫做拥塞窗口(cwnd)的状态变量,注意拥塞窗口与发送方窗口的区别:拥塞窗口只是一个状态变量,实际决定发送方能发送多少数据的是发送方窗口。
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发送方需要维护一个叫做拥塞窗口(cwnd)的状态变量,注意拥塞窗口与发送方窗口的区别:拥塞窗口只是一个状态变量,实际决定发送方能发送多少数据的是发送方窗口,它取拥塞窗口和接收方通告的窗口中的较小值。
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为了便于讨论,做如下假设:
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- 接收方有足够大的接收缓存,因此不会发生流量控制;
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- 虽然 TCP 的窗口基于字节,但是这里设窗口的大小单位为报文段。
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/910f613f-514f-4534-87dd-9b4699d59d31.png" width="800"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-cwnd.png" width="760px"/> </div><br>
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### 1. 慢开始与拥塞避免
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@@ -164,4 +170,4 @@ TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制:慢开始、拥塞避免、
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慢开始和快恢复的快慢指的是 cwnd 的设定值,而不是 cwnd 的增长速率。慢开始 cwnd 设定为 1,而快恢复 cwnd 设定为 ssthresh。
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<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/f61b5419-c94a-4df1-8d4d-aed9ae8cc6d5.png" width="600"/> </div><br>
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<div align="center"> <img src="pics/tcp-fast-retransmit.png" width="620px"/> </div><br>
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