TCP协议

• 序号：
  • 数据段中第一个字节在数据流中的位置编号
• 确认号：
  • 期望从另外一边收到的下一个字节的序号
  • 累积确认

三次握手建立连接

• 客户端发送 SYN 请求建立连接，指定初始序号。
• 服务器回复 SYN 和 ACK 同意连接，指定服务端初始序号。
• 客户端回复 ACK 表示收到，可能包含数据。

四次挥手关闭连接

• 客户端发送 FIN 请求关闭连接（不能发送只能接收数据了）
• 服务器回复 ACK 并进行扫尾工作（扫尾时还可以发送数据）
• 服务器回复 FIN 表示可以关闭了
• 客户端回复 ACK 表示收到，随后进入超时等待

MSS（最大数据段长度）: TCP 报文段中数据字段的最大长度，而 MSS 通常根据 MTU（最大链路层帧）来设置。

流量控制

• 接收方在 TCP 头部消息中 rwnd 字段 ” 通知 ” 发送方剩余缓存区大小

$$rwnd=RcvBuffer-[LastByteRcvd-LastByteRead]$$

• rwnd 为零的时候还会继续发送探测报文
  • 如果后续接收方缓冲区有空间了（例如应用读取了数据），​​接收方需要通知发送方更新窗口​​。但此时如果双方都没有数据交互，接收方无法主动发送 ACK（因为 TCP 的 ACK 通常是“附带”在数据报文中的）。发送方定期发送​​1 字节的探测报文​​（不携带实际应用数据），迫使接收方返回 ACK，并在 ACK 中携带最新的 rwnd 值。
• 发送方限制🚦已发送但是未被确认的数据量不超过 rwnd：

$$LastByteSent-LastByteAcker\le rwnd$$

设置超时

如何设置 TCP 超时值？

应该要比 RTT 长，但是 RTT 是要变化的。如果太短会产生很多不必要的重传，如果太长则在丢包产生的时候响应变慢

这里利用 RTT 估计值和安全余量设置超时

先搞一个 RTT 估计值：（每次产生的 RTT 记录为 $\text{EstimatedRTT}$）

$$\text{EstimatedRTT}=\left(1-\frac{1}{8}\right)\times \text{EstimatedRtt}+\frac{1}{8}\times \text{SampleRTT}$$

每次 RTT 都能够刷新一个平均值（有点像那个股市的平均了）

再搞一个安全余量：

$$\text{DevRTT}=\left(1-\frac{1}{4}\right)\times \text{DevRTT}+\frac{1}{4}\times |\text{SampleRTT}-\text{EstimatedRTT}|$$

最后的超时值：

$$\text{Timeout}=\text{EstimatedRTT}+4\times \text{DevRTT}$$

1. ​​初始值设置​​：
   • 首次计算时，EstimatedRTT 初始化为第一个 SampleRTT。
   • DevRTT 初始化为 SampleRTT / 2。
2. ​​超时值的下限​​：
   • RFC 6298 要求超时值至少为 ​​1 秒​​（防止过早超时）。
3. ​​重传后的退避（Backoff）​​：
   • 若发生超时重传，下次超时值会加倍（类似指数退避）。

快速重传

收到 3 个对同样报文段的确认，则认为该报文段之后的数据丢失，启动快速重传：在定时器超时之前重发

拥塞控制

Tahoe

• 慢启动：每个传输回合 cwnd 自乘 2，即每收到一个 ACK，cwnd+1MSS，若 cwnd 达到 ssthresh，进入拥塞避免状态。
• 拥塞避免：cwnd 每个传输回合自增 1
• 超时：超时了，当前的 ssthresh 的值设置为当前 cwnd 的一半，将 cwnd 设置为 1
• 快速恢复： 收到了 3 个冗余 ACK，当前的 ssthresh 的值设置为当前 cwnd 的一半，将 cwnd 设置为（更新后的）ssthresh+ 3MSS（cwnd 减半加 3MSS），立即发送

Reno

丢包和 3 次冗余 ACK 都将 cwnd 设为 1 个 MSS

TCP 公平

公平的目标是每个 TCP 应该对带宽为 R 的瓶颈链路有 R/K 的平均速率

• TCP 为什么是公平的
  • 两个竞争的会话：
  • 按照斜率 1 加性增加， 同时吞吐量增加
  • 乘性降低等比例减少吞吐量
  • 图中每一个点的横纵坐标表示两个连接的带宽利用率，它们的和是一定的。从红色线起点出发，沿着红色路径移动，最终会趋近于 y=x 所在的直线，即达到公平。

可以这么理解：

• 加性增加时，两个连接都慢慢加窗口，方向是斜率 1（一起涨）。
• 遇到拥塞时都等比例减少窗口（乘性减少）。
• 在不断重复这个过程时，会自动调整到公平的状态（两个连接吞吐量相等）。