流水线协议
发送方允许发送多个、“传输中的”，还没有应答的报文段
它比较停等协议能增加利用率
滑动窗口协议
发送方和接收方都具有一定容量的缓冲区（即窗口），允许发送站连续发送多个分组而不需要等待应答
发送窗口：发送端允许连续发送的分组的序号表
接收窗口：接收方允许接收的分组的序号表
Go-Back_N
发送窗口尺寸为N；接收窗口尺寸为1；位于发送窗口内的分组才允许被发送，位于接收窗口内的分组才能被接收，关键是窗口如何滑动
重要特征：累计ACK（对正确接收的分组总是发送具有最高按序序号的ACK），全部重传
发送方FSM：
- 发送窗口滑动的条件：收到1个确认分组
- 超时重传时，重传所有未被确认的分组
接收端FSM：
- 接收窗口滑动的条件：收到期望序号的分组
- 累计ACK(n)：表明已经正确收到序号n（包括n）以前的分组
- 对失序分组的处理：丢弃，重发（已按序接收分组的）ACK
例子：
缺点：有不必要的重传问题
选择重传
发送窗口尺寸为N；接收窗口尺寸为N；
特征：独立ACK，重传单个分组
- 独立ACK: 对每个分组使用单独的确认
- 需N个定时器，若某个分组超时，则重传该分组
- 接收窗口为N，对非按序到达的分组进行缓存
发送方：
- 发送窗口滑动的条件：收到最低位置分组的确认
- 超时重传时，仅重传超时的单个分组
接收方：
- 接收窗口滑动的条件：收到最低位置的分组
- 单独ACK
- 对失序分组的处理：接收窗口内缓存，发对应ACK；接收窗口外丢弃
例子：
问题：当接受窗口太大，难以区分新分组和重传分组，因此窗口长度需要小于等于序号空间的一半
可靠传输的机制：
机制 |
用途和说明 |
检验和 |
用于检测在一个传输分组中的比特错误 |
定时器 |
用于检测超时/重传一个分组，可能因为该分组（或其ACK）在信道中丢失了。由于当一个分组被时延但未丢失（过早超时），或当一个分组已被接收方收到但从接收方到发送方的ACK丢失时，可能产生超时事件，所以接收方可能会收到一个分组的多个冗余拷贝 |
序号 |
用于为从发送方流向接收方的数据分组按顺序编号。所接收分组的序号间的空隙可使该接收方检测出丢失的分组。具有相同序号的分组可使接收方检测出一个分组的冗余拷贝 |
确认 |
接收方用于告诉发送方一个分组或一组分组已被正确地接收到了。确认报文通常携带着被确认的分组或多个分组的序号。确认可以是逐个的或累积的，这取决于协议 |
否定确认 |
接收方用于告诉发送方一个分组或一组分组已被正确地接收到了。确认报文通常携带着被确认的分组或多个分组的序号。确认可以是逐个的或累积的，这取决于协议 |
窗口、流水线 |
发送方也许被限制仅发送那些序号落在一个指定范围内的分组。通过允许一次发送多个分组但未被确认，发送方的利用率可在停等操作模式的基础上得到增加。我们很快将会看到，窗口长度可根据接收方接收和缓存报文的能力或网络中的拥塞程度，或两者情况来进行设置 |
3.5 面向连接的传输: TCP
- 端到端：连接状态不为路由器所知，从发送方到接收方
- 可靠有序，具有缓冲区
- 面向连接，双向数据流
- 能够流量和拥塞控制
报文段结构
TCP序号就是已经发送第一个字节序号，确认号就是期待对方发送的下一个字节序号
为什么不从0开始编号呢？
1.为了防止预测攻击
2.尽可能的避免数据混淆（如果cs断开后，会有可能某些数据仍然滞留在网络中。当cs再次连接，这些延迟数据在建立新连接之后才到达Server，如果都是从0开始会使得新连接与旧连接数据包重叠几率大大增加,造成数据混淆）
如何设置超时的时间？
理论上，超时的时间最好是一个RTT的值，但是取每次的RTT值是非常不好的，变化大，为了”较平滑“，取m平均最近的测量值,并不仅仅是当前SampleRTT
EstimatedRTT = (1- α )*EstimatedRTT + α*SampleRTT
α通常为1/8这样，RTT的预计值就出来了，但是超时的时间，最好有个容量，不能太大也不能太小，叫它安全余量
DevRTT = (1-β)*DevRTT + β|SampleRTT-EstimatedRTT|*
β通常为1/4，然后超时值就为
TimeoutInterval = EstimatedRTT + 4*DevRTT
###可靠数据传输
TCP在IP不可靠服务的基础上创建可靠数据传输服务
1.从应用层接收数据
创建报文段
启动计时器
2.超时
重传
重启计时器
3.收到确认（累计确认）
更新SendBase
如果还有没有传递的报文段，重新启动计时
NextSeqNum = InitialSeqNum SendBase = InitialSeqNum loop (forever) { switch(event) event: data received from application above create TCP segment with sequence number NextSeqNum if (timer currently not running) start timer pass segment to IP NextSeqNum = NextSeqNum + length(data) event: timer timeout retransmit not-yet-acknowledged segment with smallest sequence number start timer event: ACK received, with ACK field value of y if (y > SendBase) { /* 累计确认到y */ SendBase = y if (there are currently not-yet-acknowledged segments) start timer } } /* end of loop forever */
由于重传的情况很多，重传的话时间间隔长，所以出现了快速重传（在定时器超时之前重传）的算法，这也是TCP实现可靠数据传输有特点的地方
通过冗余ACK，检测丢失的报文段，然后重传
//事件: 收到ACK, ACK 域的值为 y if (y > SendBase) { SendBase = y if (当前还有没有确认的报文段) 启动定时器 } else { 值为 y的重复确认的次数加1 if (值为 y的重复确认的计数= 3) { 重传序号位y的报文段 }
###流量控制
流量控制：发送方不能发送太多、太快的数据让接收方缓冲区溢出
工作原理：
接收方在报文段接收窗口字段中通告其接收缓冲区的剩余空间，发送方要限制未确认的数据不超过RcvWindow
发送方：LastByteSent-LastByteAcked <或= RcvWindow
接收方：RcvWindow = RcvBuffer-[LastByteRcvd - LastByteRead]
LastByteSent：最后一个发送的字节编号；LastByteAcked：最后一个被确认的字节编号，它们相减就是已经发送还未被确认的数据量
###连接管理
TCP是面向连接的协议，TCP连接的建立和释放是每次TCP传输中必不可少的过程，三个过程
连接建立（三次握手）
SYN ：同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)
SEQ : 序列号(Sequence Number)
ACK ：确认编号(Acknowledgement Number)
过程：
1.客户机向服务器发送 TCP SYN报文段
指定初始序号
没有数据
2.服务器收到SYN报文段, 用SYNACK报文段回复
服务器为该连接分配缓冲区和变量
指定服务器初始序号
3.: 客户机接收到 SYN，ACK, 用ACK报文段回复,可能包含数据
数据传输
没啥好讲的，建立连接后就是数据传输
连接释放（四次挥手）
- 1.户机向服务器发送TCP FIN控制报文段
- 2.服务器收到FIN，用ACK回答。关闭连接，发送FIN
- 3.客户机收到FIN, 用ACK答 ，进入 “超时等待” – 将对接收到的FIN进行确认
- 4,服务器接收ACK，连接关闭
- 总结：TCP连接的客户端生命周期
TCP连接服务器生命周期：
3.6 拥塞控制的原理
当大量的分组进入网络，超出了网络的处理能力时，会引起网络局部或整体性能下降，这种现象称为拥塞。不加控制的拥塞甚至导致整个网络瘫痪
不同于流量控制
流量控制是端到端，接收方控制发送方的传输速率，如下图a
拥塞控制是发送方通过发送和响应的情况，获取网络链路的拥塞状况，来调整自身的发送速率，如下图b
拥塞的原因与开销
更实际的情况，当分组丢失时, 任何用于传输该分组的上游传输能力都被浪费!
两类拥塞控制方法
端到端的拥塞控制
不能从网络得到明确的反馈
从端系统根据观察到的时延和丢失现象推断出拥塞
这是TCP所采用的方法
网络辅助的拥塞控制
路由器为端系统提供显示反馈（一个bit指示一条链路出现拥塞，指示发送方按照一定速率发送）
3.7 TCP拥塞控制
发送方根据所“感知”到的网络拥塞程度来“限制”发送速率
发送方传递的速率是根据这个公式来的
LastByteSent-LastByteAcked≤min{cwnd,rwnd}
TCP拥塞控制算法
慢启动
当连接开始，以指数增加速率，直到第一个丢失事件发生，将拥塞窗口设为1
拥塞避免
为了防止过快增长，更加准确达到拥塞值，拥塞窗口转为线性增长，一个RTT只增加一个MSS
问题: 什么时候从指数增长转变为线性增长?
回答: cwnd达到它超时以前1/2的时候.
阈值：ssthresh，阈值ssthresh设置为发生丢失以前的cwnd的一半
快速恢复
分为两种情况，一个是TCP收到3个冗余确认后，进行快速恢复；另一个是超时事件后重传
超时重传：Cwnd值设置为1 MSS，进入慢启动
快速重传：Cwnd减半
3个冗余ACK指示网络还具有某些传送报文段的能力
“超时” 则拥塞更为 “严重”
TCP拥塞控制FSM描述
总结：
当cwnd < ssthresh时，发送者处于慢启动阶段, cwnd指数增长
当cwnd > ssthresh时，发送者处于拥塞避免阶段, cwnd线性增长
当出现3个冗余确认时, 阈值ssthresh设置为cwnd/2，且cwnd设置为ssthresh
当超时发生时，阈值ssthresh设置为cwnd/2，并且cwnd设置为1 MSS.
###TCP吞吐量
作为窗口长度和RTT的函数，TCP的平均吞吐量是什么？（忽略慢启动）
如果窗口为 W，吞吐量是 W/RTT
当丢包发生后，窗口降为 W/2，吞吐量为 W/2RTT.
一个连接的平均吞吐量为0 .75 W/RTT
###TCP公平性
如果K个 TCP 会话 共享带宽为 R的链路瓶颈, 每个会话应有R/K的平均链路速率
破坏公平的方式有两种：
- 使用UDP
- 多个并行TCP连接
