TCP

Protocol

TCP Setup

Transmission Control Protocol (RFC 793):

三次握手带来的延迟 (RTT: Round-trip Delay) 使得每创建一个新 TCP 连接都要付出很大代价. 这决定了提高 TCP 应用性能的关键, 在于重用连接.
TCP 提供一种面向连接的, 可靠的字节流服务:
- Connection-oriented service.
- Reliable delivery service.
- In-sequence stream of bytes service.
Connection-oriented service: 在一个 TCP 连接中, 仅有两方进行彼此通信, 广播和多播不能用于 TCP.
Reliable delivery service:
- TCP 使用校验和, 确认和重传机制来保证可靠传输.
- TCP 给数据分节进行排序, 并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复.
In-sequence stream of bytes service: TCP 是字节流协议, 没有任何 (协议上的) 记录边界.
Flow control: TCP 使用滑动窗口机制来实现流量控制.
Congestion control: TCP 通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制.

TCP Header

3-way handshake: SYN (toB) -> SYN/ACK (toA) -> ACK (toB).
4-way handshake: FIN (toB) -> [Data+]ACK (toA) -> FIN (toA) -> ACK (toB).

TCP 3-way Handshake TCP 4-way Handshake

流量控制:

TCP 连接的每一方都要通告自己的接收窗口 (rwnd 字段), 两端动态调整数据流速, 使之适应发送端和接收端的容量及处理能力. 客户端与服务器最大可传输数据量为 min(rwnd, cwnd), 即接口窗口与拥塞窗口的最小值.

理想窗口大小

WindowSize = BandWidth * RTT (带宽延迟积)

拥塞控制:

慢启动: cwnd 初始值为 1/4/10 个 TCP 段 (1460 字节). 慢启动导致客户端与服务器之间经过几百 ms 才能达到接近最大速度.
指数增长: 每收到一个 ACK 报文, cwnd 翻倍.
拥塞预防: 拥塞预防算法把丢包作为网络拥塞的标志, 重置拥塞窗口, 之后拥塞预防机制按照自己的算法来增大窗口以尽量避免丢包. e.g. TCP Tahoe, TCP Reno, TCP Vegas, TCP New Reno, TCP BIC, TCP CUBIC. AIMD (Multiplicative Decrease and Additive Increase, 倍减加增), PRR (Proportional Rate Reduction, 比例降速).
快速重传: 若收到 3 个重复确认报文 (3ACK), 则说明下一个报文段丢失, 此时执行快速重传, 立即重传下一个报文段.
快速恢复: 只是丢失个别报文段, 而不是整个网络拥塞时, 此时执行快速恢复, ssthresh = cwnd / 2, cwnd = ssthresh (cwnd 很快可以达到接近最大速度), 并进入拥塞避免状态.
慢启动和快速恢复的快慢指的是 cwnd 的设定值, 而不是 cwnd 的增长速率. 慢启动 cwnd = 1, 快速恢复 cwnd = ssthresh.

TCP Congestion Control

TCP Fast Retransmission

Flow Control vs Congestion Control

14kB Rule

14kB rule, most web servers TCP slow start algorithm starts by sending 10 TCP packets:

10 x 1460 = 14600 bytes.