计算机网络TCP协议的仿真与实现

郑可勤

摘 要：作为计算机网络中较为重要的一种运输层协议，TCP连接着应用层和网络层，发挥着非常关键的作用。在TCP/IP协议中，我们重点关注TCP。本文主要立足于TCP协议的特点，详细介绍了TCP协议的主要特性。

关键词：TCP；连接；仿真；网络

一、TCP协议的概述

（一） TCP协议的特点

首先，TCP提供的连接服务稳定性有保证。相关的连接有着和打电弧相似的建立过程。先拨电话号码，当对方接通回复“喂”的时候，再告知对方自己是谁，完成任务后释放；其次，TCP提供连接必须是只针对两个客户端，也就是实现一对一的传输；最后，TCP提供全双工通信。这个特点就是保证通信的两端在使用TCP的时候可以随时通信，这样就可以及时传输数据。

（二） TCP端口号和套接字地址

TCP端口号：端口号只能对计算机中的进程进行标记，一般使用两个字节来完成标记工作，这也就是端口号的本地意义。当端口号并不是我们熟悉的状况时，要使用数值为1024～49151的等记端口号，使用的过程中要在UANA上登记，避免中间重复使用。无连接的UDP和TCP也有着自己的端口号，但是两个端口号彼此之间是相互独立的，各自有着不同的用途。套接字地址：CP中的套接字，一般在表达的过程中会用同一个名词表达不一样的含义。也就是说，当套接字被一个程序使用，那么socket函数中使用的函数以及调用它的端口都会叫做scocket。当紧急URG给系统发出有关紧急数据传输的通知时，相关的紧急数据应该作为优先级任务，尽快被传送。

二、 TCP的连接与释放

（一）建立连接

全双工是TCP传输数据的主要方式，在整个过程中有三次握手的方式来完成对该项目的建立，并且TCP的连接和释放都是使用客户—服务器方式，连接的建立也是从服务器开始。首先将SYN设置为1，然后将数据包头部的那个确认字段设置为x+1，接下来将最开始的序列号放在数据包头部的数列中。当这个链接的数据段被接受之后，那么相应的数据段就会被送到缓冲区，同时，服务器也能够及时收到客户端从另外一边发来的数据段，最后完成相关输出的确认。

（二） TCP的连接释放

TCP传输数据的主要方式是全双工，因此，数据传输结束后，所有的连接都会被释放，并且每个连接的释放都是单个放行的。首先，当被A发送的数据能够到达B，为了杜绝失效的报文段在文本中存在，最后一个一个ACK被发送完后，相关的环节就会处理。这种办法就能够及时高效地处理掉连接过程中请求报文段的问题。

（三） TCP的连接复位

一般情况下，有三种情况需要复位。首先，当TCP连接的端口并不存在时，另一端TCP就能发送一个报文段，这时需要关闭相关的连接；其次，如果一端的TCP出现一些异常情况，那么就可以通过发送复位来终止连接；最后一种情况是，当一端的TCP长时间没有使用，那么就可以发送复位信息报，将其关闭。

（四） TCP拥塞控制

TCP的拥塞控制是TCP工作中存在的一种现实问题，会对整个工作造成一定程度的影响，因此，必须针对这种情况进行改进。首先，慢启动和拥塞避免。TCP用来发送数据是慢启动和拥塞避免算法展开的依据，这种算法的实现必须通过在TCP中增加两个变量；其次，快恢复和快重传。这种主要是针对发送端展开的，多种网络会导致端口查收到重复ACK，因此，应该找到事故原因，及时处理。

三、TCP的仿真实验

（一）仿真实验的设置

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。

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。

（二）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。

（三）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。

四、结语

综上所述，网络普及的这个时代，让我们不断地认识到了计算机网络的重要性，学生们也开始越来越重视对TCP的研究。在简单的OSI体系中，TCP发挥着较为重要的作用，因此，我们必须深入研究其工作原理，便于在运输层中顺利地运用TCP协议。

参考文献：

[1]余永胜.探究基于TCP 协议的网络应用设计与开发[J].电子制作，2013，11.

[2]曹雪峰.基于虚拟实验的TCP 原理实验设计[J].实验技术与管理，2013，07.

[3杨延双，张建标，王全民.TCP/IP协议分析及应用[M].北京：机械工业出版社，2007，2.