通信網(wǎng)絡(luò )的小論文
TCP傳輸的可靠性
【摘要】：傳輸控制協(xié)議（TCP）是為了在不可靠的互聯(lián)網(wǎng)上提供一個(gè)可靠的端到端的、面向字節流連接而設計的，它為IP服務(wù)增加了面向連接和可靠性的特點(diǎn)。TCP提供了傳輸層幾乎所有的功能，保證數據傳送可靠、按序、無(wú)丟失和無(wú)重復。
【關(guān)鍵詞】：面向連接 端到端 字節流 可靠性
【Abstract】：Transmission control protocol (TCP) is designed for providing a reliable end-to-end,connected with the byte stream oriented for the unreliable Internet.It adds the characteristics of connection-oriented and reliability for IP service.TCP provides nearly all of the transport layer functions, to ensure reliable data transmission, sequential, no loss and no repeat.
【Key Words】：Connection-oriented end-to-end byte stream reliability
一、引言
UDP是一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議，是實(shí)現最低傳輸要求的傳輸層協(xié)議。但是對于大多數Internet應用，更需要可靠、按序遞交的傳輸層協(xié)議。TCP協(xié)議具有面向連接和可靠性的特點(diǎn)，它使用端口號來(lái)完成進(jìn)程到進(jìn)程的通信。TCP為應用層提供全雙工服務(wù)，所有連接都是點(diǎn)到點(diǎn)的。目前許多流行應用程序都采用了TCP，如Telnet、FTP、SMTP等，而這些應用通常是用戶(hù)進(jìn)程。
二、TCP的連接管理與釋放
TCP是面向連接的傳輸層協(xié)議。在每一次數據傳輸之前首先要在通信雙方建立一條連接，即在源進(jìn)程和目的進(jìn)程之間建立一條虛路徑。通過(guò)兩個(gè)過(guò)程完成：建立連接和釋放連接。
1、建立連接
TCP以全雙工方式傳送數據。在任何數據傳送之前，要使每一方能確知對方的存在。
TCP協(xié)議中建立連接采用三次握手（three-way handshake）的方式實(shí)現。
2、連接釋放
由于TCP連接是全雙工的，因此每個(gè)方向都必須單獨進(jìn)行關(guān)閉。這原則是當一方完成它的數據發(fā)送任務(wù)后就能發(fā)送一個(gè)FIN來(lái)終止這個(gè)方向的連接。收到一個(gè) FIN只意味著(zhù)這一方向上沒(méi)有數據流動(dòng)，一個(gè)TCP連接在收到一個(gè)FIN后仍能發(fā)送數據。首先進(jìn)行關(guān)閉的一方將執行主動(dòng)關(guān)閉，而另一方執行被動(dòng)關(guān)閉。
TCP連接釋放需要4次握手。
三、流量控制
TCP采用可變大小的滑動(dòng)窗口協(xié)議進(jìn)行流量控制。TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間用來(lái)暫存從應用程序傳遞來(lái)并準備發(fā)送的數據�；瑒�(dòng)協(xié)議窗口協(xié)議定義了在緩存上的一個(gè)窗口。TCP發(fā)送數據的大小由窗口定義。雙方為每個(gè)連接各使用一個(gè)窗口。
在TCP報文段首部的窗口大小字段的值就是當前給對方設置的窗口值。 發(fā)送窗口在連接時(shí)由雙方商定，在通信過(guò)程中，接收方可根據自己資源情況，隨時(shí)動(dòng)態(tài)調整。如果網(wǎng)絡(luò )發(fā)生擁塞，實(shí)際窗口可能變小。
當窗口的大小為0時(shí)，發(fā)送端不能再發(fā)送數據，但是有兩種例外情況：（1）緊急數據可以發(fā)送；（2）發(fā)送方想讓接收方重新宣布下一個(gè)期望的字節和窗口大小，則可以發(fā)送一個(gè)字節的數據段。
四、差錯控制
TCP差錯控制包括檢測受到損傷的報文段、丟失的報文段、失序的報文段和重復的報文段，以及檢測出差錯后糾正差錯，它除了使用檢驗和，還使用確認技術(shù)和超時(shí)機制。
1、丟失或受到損傷的報文段
TCP的每一個(gè)報文段都包括校驗和字段，如果檢查出某個(gè)報文段受到損傷，則接收端TCP就丟棄這個(gè)報文段。TCP沒(méi)有否認機制，若某報文段在超時(shí)之前沒(méi)有被確認，則被認為受到損傷或已丟失，發(fā)送端重傳這個(gè)報文段。
2、重復的報文段
當超時(shí)截止期到但還沒(méi)有收到確認報文時(shí)，發(fā)送端就會(huì )重發(fā)這個(gè)報文段。在接收端，當它收到的'這個(gè)報文段序號與已接收到的另一個(gè)報文段序號相同時(shí)，那么接收端簡(jiǎn)單丟棄這個(gè)報文段。
3、失序的報文段
TCP報文段封裝在IP數據報中。每一個(gè)IP數據報進(jìn)行獨立的路由選擇。TCP報文段可能失序到達。接收端TCP處理失序報文段的方法是不予確認，只有當被確認的字節之前的所有數據都已經(jīng)接收到，才發(fā)送確認報文段。如果確認延遲了，在發(fā)送端TCP的失序報文段的計時(shí)器截止期到，則重新發(fā)送這個(gè)報文段。重復的報文將被接收端TCP丟棄。
4、丟失確認
在TCP的確認機制中，使用累計確認系統。每一個(gè)確認報文段證實(shí)了一直到由確認號指明的字節為止的所有字節都已經(jīng)收到。TCP發(fā)送方使用超時(shí)機制來(lái)恢復報文段丟失問(wèn)題。TCP使用累計確認系統。
五、定時(shí)器管理
1、重傳定時(shí)器
為了實(shí)現TCP協(xié)議，對每個(gè)連接TCP管理4個(gè)不同的定時(shí)器。重傳定時(shí)器是用于處理重傳時(shí)間的。重傳時(shí)間是指等待某個(gè)報文段確認的時(shí)間。重傳時(shí)間的確定與TCP連接的往返時(shí)間RTT有關(guān)。重傳時(shí)間可基于往返時(shí)間實(shí)現動(dòng)態(tài)化調整。TCP不能對所有連接使用相同的重傳時(shí)間。如重傳時(shí)間太短，會(huì )導致對正在傳輸途中報文段的重傳，增加網(wǎng)絡(luò )負荷。如設置太長(cháng)，一旦分組丟失，會(huì )使網(wǎng)絡(luò )傳輸效率降低。TCP采用動(dòng)態(tài)重傳時(shí)間策略。
TCP每發(fā)送一個(gè)報文段后就啟動(dòng)重傳定時(shí)器。如果在定時(shí)器超時(shí)前收到確認報文，定時(shí)器被停止。如果超時(shí)還沒(méi)有收到確認報文，則報文重傳，定時(shí)器復位。用于下一個(gè)報文段重傳時(shí)間計算的RTT值修正：
RTT=α×(前一個(gè)RTT)＋(1－ α) ×(當前的RTT)α：修正因子（0 ≤ α < 1）
Karn修正算法：重傳時(shí)間＝βRTT
Karn提出的解決方法是：當一個(gè)超時(shí)和重傳發(fā)生時(shí)，在重傳數據段的確認報文最后到達前，不更新RTT，且每重傳一次，超時(shí)時(shí)間加倍。決定了以前估計的RTT所占的權重。每次進(jìn)行新測量時(shí)，RTT將得到更新。每個(gè)新RTT的90%來(lái)自前一個(gè)RTT，10%取自當前。
2、持續定時(shí)器
為了防止死鎖情況發(fā)生，TCP對每一個(gè)連接使用一個(gè)持續定時(shí)器，當發(fā)送端TCP收到窗口大小為0的確認報文段時(shí)就啟動(dòng)它。如果持續定時(shí)器超時(shí)，發(fā)送端就給接收端發(fā)送一個(gè)只有一個(gè)字節數據的探測報文段。接收端對探測報文段的響應必須重傳確認報文段，以將窗口大小告訴發(fā)送方。如果窗口大小非0，就可以發(fā)送數據了；如果還為0，則持續定時(shí)器再次設置，直至收到窗口大小非0的確認報文。
3、�；疃〞r(shí)器
�；疃〞r(shí)器用來(lái)防止一個(gè)連接較長(cháng)時(shí)期的空閑。�；罟δ芫褪窃噲D讓服務(wù)器端能檢測到這種半開(kāi)放的連接。在大多數的實(shí)現中，都是為服務(wù)器設置�；钣嫊r(shí)器。 每當服務(wù)器收到客戶(hù)端的信息，將定時(shí)器復位。超時(shí)常設為2h。如在連接空閑2h后，服務(wù)器發(fā)送探測報文段，查看客戶(hù)端是否仍存在。�；罟δ苤饕獮榉⻊�(wù)器應用進(jìn)程提供，服務(wù)器可以獲知客戶(hù)是否崩潰、關(guān)機或重啟了。
4、時(shí)間等待定時(shí)器
每個(gè)連接使用的最后一個(gè)定時(shí)器是時(shí)間等待定時(shí)器。在關(guān)閉連接時(shí)該連接處于Timed_Wait狀態(tài)中。時(shí)間等待定時(shí)器的值通常設置為一個(gè)報文段預計的最大生存時(shí)間的兩倍。
六、結語(yǔ)
綜上所述，TCP通過(guò)下列方式來(lái)提供可靠性：
1、應用數據被分割成TCP認為最適合發(fā)送的數據塊。這和UDP完全不同，應用程序產(chǎn)生的數據報長(cháng)度將保持不變。
2、當TCP發(fā)出一個(gè)段后，它啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，等待目的端確認收到這個(gè)報文段。如果不能及時(shí)收到一個(gè)確認，將重發(fā)這個(gè)報文段。
3、當TCP收到發(fā)自TCP連接另一端的數據，它將發(fā)送一個(gè)確認。這個(gè)確認不是立即發(fā)送，通常將推遲幾分之一秒 。
4、 TCP將保持它首部和數據的檢驗和。這是一個(gè)端到端的檢驗和，目的是檢測數據在傳輸過(guò)程中的任何變化。如果收到段的檢驗和有差錯，TCP將丟棄這個(gè)報文段和不確認收到此報文段。
5、既然TCP報文段作為IP數據報來(lái)傳輸，而IP數據報的到達可能會(huì )失序，因此TCP報文段的到達也可能會(huì )失序。如果必要，TCP將對收到的數據進(jìn)行重新排序，將收到的數據以正確的順序交給應用層。
6、既然IP數據報會(huì )發(fā)生重復，TCP的接收端必須丟棄重復的數據。
7、TCP還能提供流量控制。TCP使用的流量控制協(xié)議是可變大小的滑動(dòng)窗口協(xié)議。
【通信網(wǎng)絡(luò )的小論文】相關(guān)文章：
網(wǎng)絡(luò )通信原理論文03-10
網(wǎng)絡(luò )安全的小論文03-17
網(wǎng)絡(luò )分析小論文03-31
智能建筑通信網(wǎng)絡(luò )研究的論文06-01
通信網(wǎng)絡(luò )安全維護措施的論文06-26
網(wǎng)絡(luò )即時(shí)通信的原理和實(shí)現論文07-02
網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在電力信息通信中的應用論文04-13