面向连接的运输：TCP

TCP连接

TCP被称为面向连接的，因为在应用程序开始互传数据之前，TCP会先建立一个连接，该连接的建立涉及到三次“握手”。

TCP的连接不是一条真实存在的电路，而是一条逻辑链接，其共同状态仅保留在两个通信端系统的TCP程序中。

TCP连接也是点对点的，即TCP连接只能存在于一对一对的主机之间，不允许多于两台主机的共同建立一条TCP连接，最大主机数量为两台。

三次握手的简述

1.客户首先发送一个特殊的TCP报文段。

2.服务器用另一个特殊的TCP报文段来响应。

3.最后，客户用第三个特殊报文段作为响应。

前两个报文段不承载“有效载荷”，即不包含应用层数据。而第三个报文段可以承载有效载荷。

这个过程被称为三次握手。

TCP连接的组成

客户进程通过套接字传递数据流，数据一旦通过该门，它就由客户中的TCP控制，TCP将这些数据引导到该连接的发送缓存里。

发送缓存是三次握手期间设置的缓存之一。

随后TCP将不时地从缓存里取出一块数据，并将数据传递给网络层，并且发送给接收方。

TCP从缓存中取出并放入报文段的数据数量受限于最大报文段长度（MSS）。

MSS通常由本地发送主机发送的最大链路层帧长度（即最大传输单元MTU）来设置。

TCP在接收端接收到一个报文段后，会将该报文段存入接收缓存中，应用程序则从接收缓存中取得数据。

TCP连接的组成包括：一台主机上的发送缓存、套接字、变量，另一台主机上的接收缓存、套接字、变量。

TCP报文段结构

TCP报文段主要包含下列字段：

1.32比特的序号字段、32比特的确认号字段。

2.16比特的接收窗口字段，用来流量控制。

3.4比特的首部长度字段，用来标识TCP首部长度。

4.可选与变长的选项字段，用于发送方与接收方协商最大报文长度（MSS）时。

5.6比特的标志字段。

序号和确认号

TCP对序号的使用建立在传送的字节流上吗，并不建立在传送的报文段序列之上，一个报文段的序号是该报文段首字母的序号。

例如下面传送一个500 000字节的文件，其MSS为1000字节，数据流的首字节编号是0.

则下图标识了文件数据被换分成不同TCP报文段的方式：

TCP的累积确认

现在假设主机A收到了主机B的字节0~535的报文段，以及另一个包含字节900~1000的报文段。

但没有收到536~899的报文段。所以主机A为了重新构建主机B的数据流，仍在等待字节536（和其

后的字节）。因此，A到B的下一个报文段将在确认号字段中包含536.

因为TCP只确认该流中第一个字节，所以TCP被称为提供累积确认。

下面是Telnet：序号和确认号的一个典型示意图：

往返时间的估计与超时

因为TCP需要实现超时/重传机制，但是超时的时间该怎么设置呢？重传的时间又该设置为多少呢？

为此需要根据往返时间来测定这个超时的时间，但是往返时间的动态测定显然是不现实的，为此我们可以估计往返时间。

估计往返时间

估计往返时间由如下方法来完成：

1.报文段的样本RTT（SampleRTT）就是从某报文段被发出到该报文段被接收之间的时间量。

大多数TCP的实现仅在某个时刻做一次SampleRTT测量。

然后对于SampleRTT的值也许都是非典型的，因此我们引入了一个典型的值，叫做

EstimatedRTT，也就是动态的RTT。

它使用如下公式获得：

EstimatedRTT是一个SampleRTT的加权平均值。

从统计学观点讲，这种平均被称为指数加权移动平均（EWMA）。

下图是一个SampleRTT和EstimatedRTT的例子：

除了估算RTT以外，我们还可以测量RTT的变化，也就是RTT偏差DevRTT：

DevRTT是一个SampleRTT与Estimated之间差值的EWMA，如果SampleRTT值波动较小，那么DevRTT的值就会很小，如果波动很大，那么DevRTT的值就会很大。

设置和管理重传超时间隔

TCP超时间隔应该大于等于EstimatedRTT，否则将会造成不必要的重传，但是也不应该比EstimatedRTT大太多。

TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4·DevRTT