• TCP/IP学习笔记


    1. 华蓓老师主页  http://staff.ustc.edu.cn/~bhua/ 

    2. OSI vs TCP/IP

         

    3. TCP header

     

    4.  TCP流量控制

        1)连接建立时,接收端告诉发送端接收窗口的数值rwnd=400byte

        2)  如果发生丢包,接收端回给发送端的ack字段设为1, ack number设为想要接收的seq number,window size减小

        3)发送端重传丢失字段,并根据接收端最新的rwnd size来决定发送的size

         

    5. TCP拥塞控制 (四种算法:慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复)

        算法要先设定一个ssthresh,根据当前发送窗口和ssthresh的大小关系,决定使用哪种算法

        1)慢启动:当发送swnd < ssthresh时用

             发送端维护着一个拥塞窗口,拥塞窗口的大小取决于网络拥塞程度。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口的大小。

             一轮数据包发完,如果没有发生拥塞,就把拥塞窗口增大一倍。

        2)拥塞避免:当发送swnd > ssthresh时用

            每轮数据发完,将拥塞窗口增加1

            一旦出现超时重传,立刻将ssthresh降为此时发送窗口的一半,拥塞窗口置为1,然后重新开始慢启动算法

          

        3)快重传: 

            接收端每收到一个失序报文,要立刻发出重复确认,而不是等到自己发送数据时捎带确认。让发送方及时知道有报文丢失,需要重传。 

             

        4)快恢复:

            当发送方连续收到三个重复确认,就把ssthresh减小为当前发送窗口的一半,把发送窗口等于sshthresh,然后开始拥塞避免算法,每次加1

             

    MTU:

     对于以太网环境下UDP传输中的数据包长度问题

      首先要看TCP/IP协议,涉及到四层:链路层,网络层,传输层,应用层。

      其中以太网(Ethernet)的数据帧在链路层

      IP包在网络层

      TCP或UDP包在传输层

      TCP或UDP中的数据(Data)在应用层

      它们的关系是 数据帧{IP包{TCP或UDP包{Data}}}

      在应用程序中我们用到的Data的长度最大是多少,直接取决于底层的限制。

      我们从下到上分析一下:

      在链路层,由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为(46+18)-(1500+18),其中的18是数据帧的头和尾,也就是说数据帧的内容最大为1500,即MTU(Maximum Transmission Unit)为1500;

      在网络层,因为IP包的首部要占用20字节,所以这的MTU为1500-20=1480;

      在传输层,对于UDP包的首部要占用8字节,所以这的MTU为1480-8=1472;

      所以,在应用层,你的Data最大长度为1472。

      (当我们的UDP包中的数据多于MTU(1472)时,发送方的IP层需要分片fragmentation进行传输,而在接收方IP层则需要进行数据报重组,由于UDP是不可靠的传输协议,如果分片丢失导致重组失败,将导致UDP数据包被丢弃)。

      从上面的分析来看,在普通的局域网环境下,UDP的数据最大为1472字节最好(避免分片重组)。

      但在网络编程中,Internet中的路由器可能有设置成不同的值(小于默认值),Internet上的标准MTU值为576,所以Internet的UDP编程时数据长度最好在576-20-8=548字节以内。

      MTU对我们的UDP编程很重要,那如何查看路由的MTU值呢?

      对于windows OS: ping -f -l <data_length> <gateway_IP>

      如:ping -f -l 1472 192.168.0.1

      如果提示:Packets needs to be fragmented but DF set.

      则表明MTU小于1500,不断改小data_length值,可以最终测算出gateway的MTU值;

      对于linux OS: ping -c -M do -s <data_length> <gateway_IP>

      如: ping -c 1 -M do -s 1472 192.168.0.1

      如果提示 Frag needed and DF set……

      则表明MTU小于1500,可以再测以推算gateway的MTU。

      当然要修改MTU的值,那就是网管的事了(一般人没这权限呀),我们只能申请加等待了 ^-^ .

    IP数据包的最大长度是64K字节(65535),因为在IP包头中用2个字节描述报文长度,2个字节所能表达的最大数字就是65535。

    由于IP协议提供为上层协议分割和重组报文的功能,因此传输层协议的数据包长度原则上来说没有限制。实际上限制还是有的,因为IP包的标识字段终究不可能无限长,按照IPv4,好像上限应该是4G(64K*64K)。依靠这种机制,TCP包头中就没有“包长度”字段,而完全依靠IP层去处理分帧。这就是为什么TCP常常被称作一种“流协议”的原因,开发者在使用TCP服务的时候,不必去关心数据包的大小,只需讲SOCKET看作一条数据流的入口,往里面放数据就是了,TCP协议本身会进行拥塞/流量控制。

    UDP则与TCP不同,UDP包头内有总长度字段,同样为两个字节,因此UDP数据包的总长度被限制为65535,这样恰好可以放进一个IP包内,使得UDP/IP协议栈的实现非常简单和高效。65535再减去UDP头本身所占据的8个字节,UDP服务中的最大有效载荷长度仅为65527。这个值也就是你在调用getsockopt()时指定SO_MAX_MSG_SIZE所得到返回值,任何使用SOCK_DGRAM属性的socket,一次send的数据都不能超过这个值,否则必然得到一个错误。

    那么,IP包提交给下层协议时将会得到怎样的处理呢?这就取决于数据链路层协议了,一般的数据链路层协议都会负责将IP包分割成更小的帧,然后在目的端重组它。在EtherNet上,数据链路帧的大小如以上几位大侠所言。而如果是IP over ATM,则IP包将被切分成一个一个的ATM Cell,大小为53字节。

    MAC格式:
    目的地址:6
    源地址:6
    长度:2
    数据:46-1500
    校验和:4
    ===============1526

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