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分类: 嵌入式

2010-11-03 17:22:12

1. 前言

  TCP通信时,如果发送序列中间某个数据包丢失,TCP会通过重传最后确认的包开始的后续包,这样原先已经正确传输的包也可能重复发送,急剧降低了TCP性能。为改善这种情况,发展出SACK(Selective Acknowledgment, 选择性确认)技术,使TCP只重新发送丢失的包,不用发送后续所有的包,而且提供相应机制使接收方能告诉发送方哪些数据丢失,哪些数据重发了,哪些数据已经提前收到等。

  2. SACK选项

  SACK信息是通过TCP头的选项部分提供的,信息分两种,一种标识是否支持SACK,是在TCP握手时发送;另一种是具体的SACK信息。

  2.1 SACK允许选项

         类型值: 4
       +---------+---------+
       | Kind=4  | Length=2|
       +---------+---------+  

  该选项只允许在有SYN标志的TCP包中,也即TCP握手的前两个包中,分别表示各自是否支持SACK.

  2.2 SACK选项

  选项类型: 5

  选项长度: 可变,但整个TCP选项长度不超过40字节,实际最多不超过4组边界值。

             +--------+--------+
                         | Kind=5 | Length |
       +--------+--------+--------+--------+
       |      Left Edge of 1st Block       |
       +--------+--------+--------+--------+
       |      Right Edge of 1st Block      |
       +--------+--------+--------+--------+
       |                                   |
       /            . . .                  /
       |                                   |
       +--------+--------+--------+--------+
       |      Left Edge of nth Block       |
       +--------+--------+--------+--------+
       |      Right Edge of nth Block      |
       +--------+--------+--------+--------+  

  该选项参数告诉对方已经接收到并缓存的不连续的数据块,注意都是已经接收的,发送方可根据此信息检查究竟是哪个块丢失,从而发送相应的数据块。

  * Left Edge of Block

  不连续块的第一个数据的序列号。

  * Right Edge of Block

  不连续块的最后一个数据的序列号之后的序列号。表示(Left Edge - 1)和(Right Edge)处序列号的数据没能接收到。

  3. SACK的产生

  SACK通常都是由TCP接收方产生的,在TCP握手时如果接收到对方的SACK允许选项同时自己也支持SACK的话,在接收异常时就可以发送SACK包通知发送方。

  3.1 对中间有丢包或延迟时的SACK

  如果TCP接收方接收到非期待序列号的数据块时,如果该块的序列号小于期待的序列号,说明是网络复制或重发的包,可以丢弃;如果收到的数据块序列号大于期待的序列号,说明中间包被丢弃或延迟,此时可以发送SACK通知发送方出现了网络丢包。

  为反映接收方的接收缓存和网络传输情况,SACK中的第一个块必须描述是那个数据块激发此SACK选项的,接收方应该尽可能地在SACK选项部分中填写尽可能多的块信息,即使空间有限不能全部写完,SACK选项中要报告最近接收的不连续数据块,让发送方能了解当前网络传输情况的最新信息。

  3.2 对重发包的SACK(D-SACK)

  RFC2883中对SACK进行了扩展,在SACK中描述的是收到的数据段,这些数据段可以是正常的,也可能是重复发送的,SACK字段具有描述重复发送的数据段的能力,在第一块SACK数据中描述重复接收的不连续数据块的序列号参数,其他SACK数据则描述其他正常接收到的不连续数据,因此第一块SACK描述的序列号会比后面的SACK描述的序列号大;而在接收到不完整的数据段的情况下,SACK范围甚至可能小于当前的ACK值。通过这种方法,发送方可以更仔细判断出当前网络的传输情况,可以发现数据段被网络复制、错误重传、ACK丢失引起的重传、重传超时等异常的网络状况。

  4. 发送方对SACK的响应

  TCP发送方都应该维护一个未确认的重发送数据队列,数据未被确认前是不能释放的,这个从重发送队列中的每个数据块都有一个标志位 “SACKed”标识是否该块被SACK过,对于已经被SACK过的块,在重新发送数据时将被跳过。发送方接收到接收方SACK信息后,根据SACK中数据标志重发送队列中相应的数据块的“SACKed”标志,但如果接收不到接收方数据,超时后,所有重发送队列中数据块的SACKed位都要清除,因为可能接收方已经出现了异常。

  5. SACK应用举例

  发送方发 接收方接 接收方发送的ACK

  送的数据 收的数据 (包括SACK)

  5.1 SACK累加接收的数据

    5000-5499      (该包丢失)
        5500-5999      5500-5999    5000, SACK=5500-6000
        6000-6499      6000-6499    5000, SACK=5500-6500
        6500-6999      6500-6999    5000, SACK=5500-7000
        7000-7499      7000-7499    5000, SACK=5500-7500  

  5.2 数据包丢失,ACK丢失

    3000-3499      3000-3499    3500 (ACK包丢失)
        3500-3999      3500-3999    4000 (ACK包丢失)
        4000-4499      (该包丢失)
        4500-4999      4500-4999    4000, SACK=4500-5000 (ACK包丢失)
        3000-3499      3000-3499    4000, SACK=3000-3500, 4500-5000
                                               ---------此为D-SACK  

  5.3 数据段丢失和延迟

    500-999        500-999      1000
        1000-1499      (延迟)
        1500-1999      (该包丢失)
        2000-2499      2000-2499    1000, SACK=2000-2500
        1000-2000      1000-1499    1500, SACK=2000-2500
        1000-2000    2500, SACK=1000-1500
                                               ---------此为D-SACK  

  5.4 数据段丢失且延迟

     500-999        500-999      1000
         1000-1499      (延迟)
         1500-1999      (该包丢失)
         2000-2499      (延迟)
         2500-2999      (该包丢失)
         3000-3499      3000-3499    1000, SACK=3000-3500
         1000-2499      1000-1499    1500, SACK=3000-3500
         2000-2499    1500, SACK=2000-2500, 3000-3500
         1000-2499    2500, SACK=1000-1500, 3000-3500
                                                ---------此为部分D-SACK 

  6. 结论

  通过SACK选项可以使TCP发送方只发送丢失的数据而不用发送后续全部数据,提高了数据的传输效率。

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