計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP協(xié)議的仿真與實(shí)現(xiàn)

鄭可勤

摘 要：作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中較為重要的一種運(yùn)輸層協(xié)議，TCP連接著應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層，發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。在TCP/IP協(xié)議中，我們重點(diǎn)關(guān)注TCP。本文主要立足于TCP協(xié)議的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了TCP協(xié)議的主要特性。

關(guān)鍵詞：TCP；連接；仿真；網(wǎng)絡(luò)

一、TCP協(xié)議的概述

（一） TCP協(xié)議的特點(diǎn)

首先，TCP提供的連接服務(wù)穩(wěn)定性有保證。相關(guān)的連接有著和打電弧相似的建立過(guò)程。先撥電話號(hào)碼，當(dāng)對(duì)方接通回復(fù)“喂”的時(shí)候，再告知對(duì)方自己是誰(shuí)，完成任務(wù)后釋放；其次，TCP提供連接必須是只針對(duì)兩個(gè)客戶端，也就是實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的傳輸；最后，TCP提供全雙工通信。這個(gè)特點(diǎn)就是保證通信的兩端在使用TCP的時(shí)候可以隨時(shí)通信，這樣就可以及時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

（二） TCP端口號(hào)和套接字地址

TCP端口號(hào)：端口號(hào)只能對(duì)計(jì)算機(jī)中的進(jìn)程進(jìn)行標(biāo)記，一般使用兩個(gè)字節(jié)來(lái)完成標(biāo)記工作，這也就是端口號(hào)的本地意義。當(dāng)端口號(hào)并不是我們熟悉的狀況時(shí)，要使用數(shù)值為1024～49151的等記端口號(hào)，使用的過(guò)程中要在UANA上登記，避免中間重復(fù)使用。無(wú)連接的UDP和TCP也有著自己的端口號(hào)，但是兩個(gè)端口號(hào)彼此之間是相互獨(dú)立的，各自有著不同的用途。套接字地址：CP中的套接字，一般在表達(dá)的過(guò)程中會(huì)用同一個(gè)名詞表達(dá)不一樣的含義。也就是說(shuō)，當(dāng)套接字被一個(gè)程序使用，那么socket函數(shù)中使用的函數(shù)以及調(diào)用它的端口都會(huì)叫做scocket。當(dāng)緊急URG給系統(tǒng)發(fā)出有關(guān)緊急數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄖ獣r(shí)，相關(guān)的緊急數(shù)據(jù)應(yīng)該作為優(yōu)先級(jí)任務(wù)，盡快被傳送。

二、 TCP的連接與釋放

（一）建立連接

全雙工是TCP傳輸數(shù)據(jù)的主要方式，在整個(gè)過(guò)程中有三次握手的方式來(lái)完成對(duì)該項(xiàng)目的建立，并且TCP的連接和釋放都是使用客戶—服務(wù)器方式，連接的建立也是從服務(wù)器開(kāi)始。首先將SYN設(shè)置為1，然后將數(shù)據(jù)包頭部的那個(gè)確認(rèn)字段設(shè)置為x+1，接下來(lái)將最開(kāi)始的序列號(hào)放在數(shù)據(jù)包頭部的數(shù)列中。當(dāng)這個(gè)鏈接的數(shù)據(jù)段被接受之后，那么相應(yīng)的數(shù)據(jù)段就會(huì)被送到緩沖區(qū)，同時(shí)，服務(wù)器也能夠及時(shí)收到客戶端從另外一邊發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)段，最后完成相關(guān)輸出的確認(rèn)。

（二） TCP的連接釋放

TCP傳輸數(shù)據(jù)的主要方式是全雙工，因此，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，所有的連接都會(huì)被釋放，并且每個(gè)連接的釋放都是單個(gè)放行的。首先，當(dāng)被A發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠到達(dá)B，為了杜絕失效的報(bào)文段在文本中存在，最后一個(gè)一個(gè)ACK被發(fā)送完后，相關(guān)的環(huán)節(jié)就會(huì)處理。這種辦法就能夠及時(shí)高效地處理掉連接過(guò)程中請(qǐng)求報(bào)文段的問(wèn)題。

（三） TCP的連接復(fù)位

一般情況下，有三種情況需要復(fù)位。首先，當(dāng)TCP連接的端口并不存在時(shí)，另一端TCP就能發(fā)送一個(gè)報(bào)文段，這時(shí)需要關(guān)閉相關(guān)的連接；其次，如果一端的TCP出現(xiàn)一些異常情況，那么就可以通過(guò)發(fā)送復(fù)位來(lái)終止連接；最后一種情況是，當(dāng)一端的TCP長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用，那么就可以發(fā)送復(fù)位信息報(bào)，將其關(guān)閉。

（四） TCP擁塞控制

TCP的擁塞控制是TCP工作中存在的一種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，會(huì)對(duì)整個(gè)工作造成一定程度的影響，因此，必須針對(duì)這種情況進(jìn)行改進(jìn)。首先，慢啟動(dòng)和擁塞避免。TCP用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)是慢啟動(dòng)和擁塞避免算法展開(kāi)的依據(jù)，這種算法的實(shí)現(xiàn)必須通過(guò)在TCP中增加兩個(gè)變量；其次，快恢復(fù)和快重傳。這種主要是針對(duì)發(fā)送端展開(kāi)的，多種網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致端口查收到重復(fù)ACK，因此，應(yīng)該找到事故原因，及時(shí)處理。

三、TCP的仿真實(shí)驗(yàn)

（一）仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)置

我們都知道TCP是有鏈接的可靠的傳輸層協(xié)議，所以在傳輸運(yùn)用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。下面我們通過(guò)以下仿真實(shí)驗(yàn)，來(lái)了解TCP在傳輸FTP文件時(shí)一數(shù)據(jù)報(bào)丟失的情況，來(lái)詳細(xì)分析下這一解決過(guò)程。

我們用OPNET來(lái)做TCP的仿真實(shí)驗(yàn)，這只是在一個(gè)比較簡(jiǎn)單的環(huán)境下在做關(guān)于TCP的仿真實(shí)驗(yàn)，測(cè)試出數(shù)據(jù)圖通過(guò)分析和比較來(lái)觀察TCP處理數(shù)據(jù)丟失包的具體工作原理和過(guò)程。選擇“結(jié)果- - > >安排Pannels顯示所有“查看保存結(jié)果。

頂部多媒體的快速decovery conquestion窗口由于“TCP雷諾”，在重新傳輸。這個(gè)conquestion窗口只是減少了一半，而不是1MSS，從而快速恢復(fù)。graphe的底部顯示了發(fā)送之間的關(guān)系序列號(hào)碼和收到seqment ack服務(wù)器上的數(shù)量。服務(wù)器故意把一個(gè)數(shù)據(jù)包給丟失，這時(shí)客戶服務(wù)器就會(huì)發(fā)出三個(gè)ACK，會(huì)被重新發(fā)送。

這時(shí)把FTP的Command Mix的值設(shè)置為100%，把Inter-Requests設(shè)置為constant 3600，把File Size 設(shè)置為FTP，把Server，type of serveice值設(shè)置為best effort，把RSVP parameters值設(shè)置為 None；用NotUsed來(lái)設(shè)置Back-End Custom Application值。

（二）仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程

針對(duì)TCP數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始時(shí)，擁塞窗口設(shè)置為最大的MSS值，慢啟動(dòng)算法開(kāi)始，cwnd被設(shè)置為200，那么400，800，1600.......以103S，擁塞窗口達(dá)到6500的最大閾值，為了不讓擁塞窗口將不會(huì)太增加網(wǎng)絡(luò)阻塞引起的，然后執(zhí)行擁塞避免算法，每一個(gè)RTT，擁塞窗口將增加一個(gè)單位，然后在107s當(dāng)FTP數(shù)據(jù)包丟失，然后進(jìn)行處理，擁塞窗口的值下降，TCP協(xié)議在慢啟動(dòng)和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)，窗口的大小增長(zhǎng)將呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)。設(shè)置最大窗口閾值，根據(jù)3響應(yīng)消息重復(fù)判斷丟包，重傳丟失的數(shù)據(jù)包和直接的閾值，為當(dāng)前擁塞窗口6500的一半，這是快速重傳（Tahoe），然后轉(zhuǎn)移到慢啟動(dòng)。然后再轉(zhuǎn)入慢開(kāi)始。

在窗口大小到達(dá)大約80000后，應(yīng)該是收到3個(gè)連續(xù)ACK，若根據(jù)3個(gè)重復(fù)的應(yīng)答報(bào)文就會(huì)知道有沒(méi)有丟包，而且丟失的分組會(huì)被重傳，此時(shí)的ssthresh的值就為擁塞窗口的一半，這樣就進(jìn)入了進(jìn)入擁塞避免階段。

（三）仿真實(shí)驗(yàn)小結(jié)

用OPNET做TCP的仿真實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)包丟失，TCP數(shù)據(jù)的變化都被形象的描繪出來(lái)了，很好的詮釋了這一失誤和改正過(guò)程。為T(mén)CP以后出錯(cuò)改正做了很好的例子。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)普及的這個(gè)時(shí)代，讓我們不斷地認(rèn)識(shí)到了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要性，學(xué)生們也開(kāi)始越來(lái)越重視對(duì)TCP的研究。在簡(jiǎn)單的OSI體系中，TCP發(fā)揮著較為重要的作用，因此，我們必須深入研究其工作原理，便于在運(yùn)輸層中順利地運(yùn)用TCP協(xié)議。

參考文獻(xiàn)：

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