计算机网络中TCP协议的研究与仿真

程训剑

摘要：TCP是计算机网络中很重要的一种运输层协议，它上接应用层，下接网络层，扮演着很重要的角色。在TCP/IP协议中，我们把TCP当成一个很重要的协议来研究。本文主要介绍对TCP协议的研究与仿真，开始叙述TCP协议的特点，介绍了TCP协议的几个比较重要的特性。相信大家看过本文之后会对TCP协议有了很大一步的了解，在计算机网络中研究它是很有必要性的，大家在今后有关TCP的学习中一定要加以重视。

关键词：TCP 连接  仿真  网络

中图分类号：TP393.04   文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）09-0038-02

1 引言

在计算机网络中，TCP协议在简单的OSI模型中扮演的是一种比较难理解的运输层协议，在我们所熟悉的因特网协议族中，IP层之下是TCP层，应用层之下的传输层。TCP是实现一种比较可靠的传输，位于第四层。在实现电路方面的连接的同时，也会对包装进行排序检查。所以说TCP协议是Internet的基础，在硬件和软件的运用中都很重要，我们对此应多加重视。

TCP使用端口号进行进程与进程之间的通信，在主机之间提供这样的连接，弥补了好多IP层的不足。很多人只去研究TCP的表面知识而没有深入的研究和理解，只有通过一定的模拟实验才能理解TCP的具体作用和工作原理。本文中学习和研究TCP的性能和工作方式，使TCP在计算机网络中发挥更大的作用。

2 TCP协议的概述

2.1 TCP协议的特点

（1）所谓TCP提供的是连接的，而且非常稳妥的，字节的服务。TCP的连接建立过程和打电弧很相似，首先拨电话号码，然后就是等待对方接通说“喂”，然后才说明是谁，结束后释放链接。（2）TCP的每一条链接的两端必须只有两个客户端，必须是一个对于一个的传送。（3）TCP提供全双工通信，所谓全双工通信就是通信的两端在使用TCP的时候可以随时进行通信。进行数据发送时，接受缓存是用来接收数据的，接收到后就可以不用问了，这时的TCP可以随时把数据发送出去。

2.2 TCP端口号和套接字地址

（1）TCP端口号：端口号只具有本地意义，所谓本地意义说明端口号只标记计算机中的进程，端口号被两个字节来标志。在没有熟知端口号的情况下会使用等记端口号，登记端口号的数值为1024～49151，为了防止重复在使用这个端口的时候会在UANA上登记。客户端口号数值为49152～65535，在客户进行进程选择暂停时使用。对于无连接的UDP和TCP一样也有端口号，但是他们两个的端口号是彼此孤立的，意思就是同一个端口号有不同的用途。（2）套接字地址。对于TCP中的套接字，同一个名词却有不同的含义，如果套接字被一个程序使用，在一个socket函数中使用的一个函数也叫scocket，调用它的端口也叫做scocket。在TCP的协议中，要想实现TCP服务，在建立的每一端的创建称为套接字的端点。TCP数据报两个数据集之间的数据单元的TCP传输成段，段与TCP的各种信息。紧急URG通知系统这个报文段中有紧急数据，应当尽快传送，这个在其他地方是被当做稍微高点的优先级的。只有等于1的时候，他才会起到作用。

3 TCP的连接与释放

这时TCP工作的过程，是客户使用TCP时必须要完成的两个动作，连接传输层协议，连接的建立是确保可靠的传输，在进行数据传输的时候必须首先在通信双方建立一个连接，连接就相当于一个路径发送数据后，通过一条通路到达另一方。

3.1 建立连接

TCP传送数据的方式是全双工的，TCP中建立连接使用三次握手的方式来实现，TCP的连接和释放都使用客户-服务器方式，建立连接的过程从服务器开始。

先把SYN设置为1;第二步在把数据包头部的那个确认字段设置为x+1;第三步初始序号被放在数据包头部的数列中。如果接受到了这个链接的数据段，那么这个数据段就被送到缓冲区了，服务器还会收到客户端发来的另一个数据段，服务器的允许连接数据段给出确认。

3.2 TCP的连接释放

数据传输完成后都会释连接的，因为TCP是全双工的，所以必须单个放行释放连接。第一，使第一个被A发送的数据报能够到达B，第二为了不让失效的报文段出现在文本中，最后一个ACK被发送完后，过2被的时间就消失了，防止“已失效的连接请求报文段”出现在本连接中。按照这种办法，就不会收到就得连接请求报文段了。

3.3 TCP的连接复位

下面我们来介绍一下需要复位的三种情况：（1）当TCP连接到一个并不存在的端口时，另一端TCP就能发送一个报文段，这时就把RST=1，来关闭这一连接。（2）如果一端的TCP出现异常情况，就可以发送复位请求来终止连接，这时RST=1，来关闭这一连接。（3）如果一端的TCP被发现好长时间没被用了，他就可以把这个连接撤销，这时发送复位信息报，RST=1，来关闭这一连接。

3.4 TCP拥塞控制

这一节我们将讨论TCP的拥塞控制，研究它的工作原理以及其他方面的内容，这是TCP工作中出现的状况，我们要加以解决，不然的话会影响TCP的运作，对工作效率很不利。

（1）慢启动和拥塞避免。慢启动和拥塞避免算法一定是TCP用来发送数据的，如果要实现这种算法，一定要加入两个变量在TCP中。发送端口和拥塞窗口是对发送数据的一种限制，是慢启动中必不可少的重要的掺量。发送窗口和拥塞窗口有最小值和最大门限的限制，数据之间的传送是用最小值来确定的，而最大门限是用来确定使用慢启动算法还是拥塞避免算法。（2）快恢复和快重传。此ACK是用来通知收到一个混乱的数据段发送，并希望得到序列号。查收到重复ACK的原因从发送端来看是由多种网络引起的。首先，我们认为可以是数据段丢失的原意，如果有了这种情况，ACK就会被丢失的数据段重新发送。然后，这种事故的原因也会由数据排序的网络中断而引起的。最后，我们也会认为由于网络对ACK以及报文段做了复制而引起重复的。

4 TCP的仿真实验

我们都知道TCP是有链接的可靠的传输层协议，所以在传输运用过程中也会出现错误。下面我们通过以下仿真实验，来了解TCP在传输FTP文件时一数据报丢失的情况，来详细分析下这一解决过程。

4.1 仿真实验的设置

我们用OPNET来做TCP的仿真实验，这只是在一个比较简单的环境下在做关于TCP的仿真实验，测试出数据图通过分析和比较来观察TCP处理数据丢失包的具体工作原理和过程。选择“结果- - > >安排Pannels显示所有“查看保存结果。

顶部多媒体的快速decovery conquestion窗口由于“TCP雷诺”，在重新传输。这个conquestion窗口只是减少了一半，而不是     1MSS，从而快速恢复。graphe的底部显示了发送之间的关系序列号码和收到seqment ack服务器上的数量。服务器故意把一个数据包给丢失，这时客户服务器就会发出三个ACK，会被重新发送。

这时把FTP的Command Mix的值设置为100%，把Inter-Requests设置为constant 3600，把File Size 设置为FTP，把Server，type of serveice值设置为best effort，把RSVP parameters值设置为 None;用NotUsed来设置Back-End Custom Application值。

4.2 仿真实验的过程

针对TCP数据传输开始时，拥塞窗口设置为最大的MSS值，慢启动算法开始，cwnd被设置为200，那么400，800，1600.......以103S，拥塞窗口达到6500的最大阈值，为了不让拥塞窗口将不会太增加网络阻塞引起的，然后执行拥塞避免算法，每一个RTT，拥塞窗口将增加一个单位，然后在107s当FTP数据包丢失，然后进行处理，拥塞窗口的值下降，TCP协议在慢启动和拥塞避免算法的实现，窗口的大小增长将呈现线性增长。设置最大窗口阈值，根据3响应消息重复判断丢包，重传丢失的数据包和直接的阈值，为当前拥塞窗口6500的一半，这是快速重传（Tahoe），然后转移到慢启动。然后再转入慢开始。

在窗口大小到达大约80000后，应该是收到3个连续ACK，若根据3个重复的应答报文就会知道有没有丢包，而且丢失的分组会被重传，此时的ssthresh的值就为拥塞窗口的一半，这样就进入了进入拥塞避免阶段。

4.3 仿真实验小结

用OPNET做TCP的仿真实验，数据包丢失，TCP数据的变化都被形象的描绘出来了，很好的诠释了这一失误和改正过程。为TCP以后出错改正做了很好的例子。

5 结语

在这个时代，网络的普及，让我们明白了计算机网络的重要性，学生们对TCP的研究呢也会越来越在乎。TCP在简单的OSI体系中有着重要的作用，我们在深入了解TCP的结构时一定不要忽略它的工作原理，很好的把TCP协议运用到运输层中。

参考文献

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