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