计算机网络之TCP序号,确认序号和报文传输时间

开篇提示

本篇适合于了解基础知识,进行扩展提高的使用,附带考研习题以及解析。

TCP序号和确认序号的区别

TCP首部中有序号和确认序号,他们都是4个字节(4B),且在数据传输中有很重要的意义,那么两者的含义和区别是什么呢?我们先看他们的定义。

序号指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号,确认号是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。在进行"三次握手"和数据传输的时候,序号一般用seq表示,确认号一般用ack表示。

接下来,我们就从建立TCP连接,到数据传输,再到断开连接整个过程分析客户机和服务器中的TCP序号和确认号的变化。

我们首先要清楚,不论是客户机还是服务器,他们一般都有序号和确认号,序号是描述自己的情况,确认号是描述对方的情况。序号x代表着"我在传递这次报文的时候,我的报文起始序号是x",确认号y代表着"在你下次传递报文的时候,我希望你从你的序号y开始发送"

所以,在一个TCP报文中,序号和确认号没有任何关系。

好的,现在我们来看建立TCP连接的过程。

下面是建立TCP连接的示意图:

建立连接前,客户机和服务器都会获得初始序号,可见,A获得的初始序号为x,B获得的初始序号为y,我们发现,在未进行数据传输,只是进行建立连接的确立的情况下,ack增加了,事实上,确认建立连接SYN和断开连接FIN都会占用一个字节,我们只需要注意seq代表自身情况,ack代表对方情况即可。

我们举一个中间传输信息的例子。

如果A序号seq是301(自己这条内容会从301号开始发送),传输100B的有效荷载(实际就是数据),确认号ack是800(正常情况下,希望B从B的800开始发送)

如果B正常收到,他发送的序号seq会是A的ack确认号,也就是800,它的确认号是A下次发送信息的开始,也就是301+100 = 401 ,他会希望A下次从A的序号401开始,如果B携带了100B的数据发送给了A,此时,A的序号是B的序号401,A的确认号是希望下次B从哪里开始发,800+100=900

特殊情况一:如果B未携带数据只确认,则A的确认号仍为800

特殊情况二:现A的序号为401,确认号为900,向B发送了120B的数据,但是,数据丢失

B的序号为A的确认号(A希望他这么做),但由于B尚未收到A的信息,他会仍然希望A从401号发送数据,而不是521号

在断开连接时,会进行四次挥手,下面是断开TCP连接的示意图:

与序号和序列号相关的题目一般是给出seq和ack,继续推在传输数据后的seq和ack,只需要记住两者的含义即可。

下面,我们来几道例题练练手。

习题一

1.SYN与FIN都会使ack+1

本题选A,C,首先A发送自身的序号X,B发送自身的序号Y,ack确认时确认对方的下次开始的序号。

2.seq与ack的关系

A的序号是200,确认字号201,B的序号一定是A的确认号,也就是201,B的确认号是A下次开始发送的开头,也就是200+2

3.seq和ack的关系

4.特殊情况

报文传输时间的计算

建立连接时间需要1.5个RTT

对于服务器B,最长断开时间需要等待两个RTT+数据传输时间,最短时间是1.5个RTT,实际上,当A发送FIN后,B可以直接发送FIN,等待A确认后,即可直接关闭

对于客户机A,它最长时间要1个RTT+数据传送时间+2MSL,MSL是最大报文段寿命,这是防止数据传送不到而引发问题,最短时间是1RTT+2MSL。

现在,我们来查看在TCP进行拥塞控制下数据传输所需要的时间。

我们先提供一些关于拥塞控制的知识点。

1.MSS:最大段长,初始传输数据的速度为1MSS,不论是传输多少B,可以理解为是拥塞控制传输的基本单位

2.cwnd:当前的拥塞窗口,大小是多少倍的MSS来计算

3.ssthresh:门限,慢窗口阶段与拥塞避免阶段的分界点,当cwnd<ssthresh时,慢开始,当cwnd>ssthresh,拥塞避免

4.慢开始(启动)阶段:每次收到确认后,cwnd*2,如果慢开始cwnd*2后超过门限,会使得cwnd=ssthresh

5.拥塞避免阶段:每次收到确认后,cwnd+1

6.超时:时间过长后,超时,cwnd=1MSS,ssthresh变为超时时cwnd的一半

7.快恢复:连续收到3个多余的ACK(重复确认),ssthresh变为cwnd的一半,且cwnd = ssthresh,然后开始拥塞避免

8.如果同时出现接收窗口和拥塞窗口,实际窗口时两者中较小的一个

现在,我们给出几个例题。

例题二

1.断开TCP连接时间

最短时间,C需要1RTT+2MSL,S需要1.5RTT,情况是当C请求断开时S也准备断开,D

2.慢启动和拥塞避免状态的选择

慢启动增长迅速,最短时间用慢启动,最长时间用拥塞避免,本题目中由于是最长时间,拥塞避免,需要24个RTT,D

3.接收窗口和拥塞窗口

两者都会影响cwnd,是两者中更小的那个决定的。接收缓存实际就是接收窗口的大小,他会随着存入数据而逐渐变小。在本题中,要求最小时间,慢启动状态,经过3RTT变为8KB,过程是1MSS

-2MSS-4MSS,更小的是拥塞窗口,因此,本题中接收窗口不会影响cwnd,B

慢启动门限为2KB,拥塞窗口为4KB,因此,在下个RTT中,拥塞窗口变为5KB,但是接收窗口是2KB,因此,最多发送2KB的数据

4.实例

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