第8章 传输层（4）_可靠传输

4. 可靠传输

4.1 停止等待协议

（1）无差错情况（如图a）：每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组，这叫做“停止等待”。

（2）出现差错或丢失（如图b）

　　①A发送的M1在传输过程中被路由器丢弃，或B接收M1时检测到了差错就会丢弃M1，然后什么也不错。

　　②在这两种情况下，B都不会发送任何信息。而当A计时发现计时到期之前M1没有得到确认，会认为刚才发送的M1分组丢失，于是重传前面的M1分组，这也叫超时重传

（3）确认丢失或确认迟到

　　①图c表示当B发送对M1的确认包丢失，A在设定的超时重传时间内没收到确认，于是重新发送M1分组。但这种情况下，A是无法知道到底是自己发送分组出错或丢失还是B确认包丢失了。可是由于发送了两次的M1分组，此时B应做两个动作：第一是丢弃这个重复的分组M1。第二是向A发送确认，不能认为己经发送确认就不再发送，因为A之所以重传M2就表示A没收到M2的确认。

　　②图d表示B发送的对分组M1的确认迟到了。A会收到重复的确认，这种情况对确认的处理很简单，就是收下后丢弃。而B仍然会收到重复的M1，并且同样要丢弃重复的M1并向A确认分组M1。

4.2 改进的停止等待协议：连续ARQ协议

（1）自动重传请求（Automatic Repeat request, ARQ）:上述可靠传输协议也叫自动重传请求。意思是重传是自动进行的，只要没收到确认，发送方就重传，接收方不需要请求发送重传的某个出错分组。

（2）改进的停止等待协议

　　①由于使用“停止等待”协议的网络中，主机每发送一个分组就停止发送，等待另一方的确认，使用网络的利用效果很低。

　　②改进方法：在发送端A设置一个发送窗口（单位是字节）。假设发送窗口是400字节，一个分组有100个字节。这样一个发送窗口中就有M1、M2、M3和M4四个分组，发送端A可以连续发送这四个分组，发送完毕后停止发送，接收方收到这四个连续分组后只需给A发送一个M4的确认。A收到这个确认后，向前滑动窗口继续发送后面的分组。

　　③对比停止等待协议与连续ARQ和滑动窗口协议，在相同的时间里停止协议只发送4个分组，而后者可以发送8个分组。

4.3 以字节为单位的滑动窗口技术

（1）计算机A和B通信之前先建立TCP连接。并协商参数（如，B告诉A其接收窗口为400字节，A将其发送窗口设置为400字节）

（2）在t1时刻，A发送缓存已放入800字节的数据（假设，一个分组100字节，共8个分组）。由于发送窗口为400字节，首先在窗口内的数据为第1～4个分组，A会按顺序发送给B。（注意在没有收到B的确认，就不能从发送窗口中删除这4个分组，因为丢失或错误时需重传）

（3）在t2时刻，B收到四个分组放入缓存中的接收窗口，按TCP首部的序号排序分组，当窗口中的分组编号连续时，接收窗口向前移动。应用程序按顺序读取接收窗口外连续的分组数据。

（4）B向A发送一个确认（ACK=1，ack=401，大写表示TCP首部ACK标记位，小写表示确认号）

（5）在t3时刻，A收到B的确认，确认号为401，发送窗口向前移动，401后面（第5～8分组）的字节进入发送窗口。A将发送窗口的数据按顺序发出，并将第1～4分组这些己经确认发送成功的分组从缓存中删除。

（6）第5～8四个分组在发送过程中，第7个分组丢失或出错误。

（7）在t4时刻，B收到了5、6、8三个分组。接收窗口只能向前移动200个字节，等待第7个分组，第5、6分组移出接收窗口，应用程序就可以读取这些字节并将其删除。

（8）B向A发送一个确认（ack=601），告诉A己经成功接收到600以前的字节，可以从第601字节开始发送。

（9）A收到确认后，发送窗口向前移动200个字节。这样第9、10个分组进入发送窗口并被发送，第7个分组也会被重传。（注意，如果双方支持选择确认（SACK），那么确认号为601数据包中会包含己经收到的第8个分组的边界，这样发送方就无须再重复发送第8个分组。否则，如果不支持SACK，则第8个分组也会被发送）

（10）B收到第7个分组后，接收窗口的分组序号就能连续，接收窗口向前移动，同时给A发送确认，序号为1001。

（11）A收到确认后，发送窗口前移，按序发送窗口中的分组。以此类推，直至完成数据发送。

4.4 改进的确认：选择确认（SACK）

（1）“确认”存在的问题：如果发送序列中间的某个数据包丢失，TCP会重传最后确认的分组的后续分组，这样原先己经正确传输的分组也可能重复发送，降低了TCP性能。

（2）选择确认（SACK）：只重传丢失或出错的分组

　　①“选择确认”要求接收方告诉发送方哪些数据丢弃（或出错），哪些己经收到。其中的SACK选项（如上图）可以使TCP发送方只发送丢弃的数据而不用发送后续全部数据，提高了数据的传输效率。

　　②上图发送的3个分组中（假设发送窗口是3个分组大小）的第2分组丢失。接收方发送的确认号为49641，并在SACK中指明了己经收到的第3个分组的边界。这样发送方移动发送窗口后就无需再重传第3个分组。

　　③注意： TCP首部的“选项”字段最长为40个字节，而指明一个边界需要用掉4个字节，一个分组有两个边界。即要指明一个分组边界需要8个字节。因此，TCP选项中最多只能用来指明(40-2)/8=4个己接收分组。（注意，其中的2表示kind字段和length字段占用的字节数）。

4.5 超时重传的时间调整

（1）TCP Timestamp选项

　　①发送方在发送报文段时把当前时间放入时间戳（Timestamp）选项字段中

　　②接收方在确认报文段把上述时间戳字段复制到回送的确认报文中去。

　　③发送方收到确认报文后，可以通过公式TCP往返传输时间（RTT）=当前时间-数据包中的Timestamp选项中的时间，精确地计算出来并调整超时重传时间。

（2）重传队列中数据包的TCP控制块

　　①在TCP重传队列中保存着发送而未被确认的数据包，这些数据包中记录了该数据包第一次发送的时间。

　　②当收到该数据包的确认后，就可以计算出RTT，RTT=当前时间-发送时间。

　　③实际网络中RTT的计算是相当复杂的。比如，发送一个报文段，到了重传时间过后还没收到确认，就会重传报文，过一段时间后收到了确认的报文段。但很难判定此确认报文是对先发送报文的确认，还是对重传报文的确认。所以这给计算RTT带来很大的麻烦。