TCP报文分段导致的数据重传

作者: 随想的翅膀 | 来源:发表于2017-01-26 14:04 被阅读903次

    引言:不同厂家生产的不同型号的计算机,它们运行着不同的操作系统,但它们仍然可以相互通信,因为它们的网卡驱动程序都支持TCP/IP协议族。

    一、TCP/IP协议模型

    图一 TCP/IP协议模型

          TCP/IP协议族是一个四层的协议系统,它有很多种协议,其中tcp和udp是两个最重要的传输层协议,它们的都使用IP作为网络层协议,tcp虽然使用不可靠的IP服务,可它却提供了一种可靠的传输层服务,使用tcp协议的应用有telnet,ftp,smtp,http等;udp为应用程序发送和接收数据报,与tcp不同的是,udp是不可靠的,它无法保证数据能安全的到达目的地,使用udp协议的应用有tftp,snmp等;IP是网络层上主要的协议,同时被tcp和udp使用,tcp和ip的每组数据都通过端系统和每一个中间路由器中的IP层在网络中进行传输;ICMP是IP协议的附属协议,IP层用它来与其他主机或者路由器交换错误报文和其他重要信息,尽管icmp主要被IP使用,但应用程序也有可能访问它,使用icmp的应用程序主要有ping。IGMP是internet组管理协议,它用来把一个UDP数据报多播到多个主机;ARP(地址解析协议)和RARP(逆向地址解析协议)是某些接口(如以太网)使用的特殊协议,用来转换IP层和数据链路层使用的地址。

    二、以太网数据的分用

    图二 以太网数据的分用过程

           当目的主机收到一个以太网数据帧时,数据就开始从协议栈中由底向上升,同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识,以确定接收数据上层协议。

    三、故障现象

           用户抱怨打开网页速度慢,引起这个的原因有很多,比如通道拥塞,端口错误率高,局域网中有广播风暴等;

    四、排错过程

            先用ping工具来排查,ping两端的网关,不丢包,ping大包也不丢包,接着再ping服务器和客户端PC,也不丢包,从客户端ping服务器同样不丢包,检查往返路由,径路一致,初步分析可以排除网络层和数据链路层的原因。

           从tcp/ip协议模型来看,往上就到了传输层,远程登录到客户端PC,刷新一个网页大概要等20S左右,用户体验确实非常差。网页采用的是http协议,看来只有用wireshark抓包分析了。http协议使用的传输层协议是tcp,我们知道任何的tcp协议在传输数据之前都要进行TCP三次握手,下图是用wireshark抓到的原始数据,我们对刷新页面这个动作的tcp流进行跟踪。

    图三 打开网页的TCP连接

    从上图可以看出,第一行表示请求端发送了一个SYN包,指明了客户打算连接的服务器端口以及本端所能接收的MSS(最大报文段长度)值,第二行表示服务器回包进行应答和确认,第三表示客户端对服务器的回包进行确认,这个过程就是三次握手(three-way handshake)的过程,第8行,10行、12行表示了tcp重传。

    从原始的数据包来看,三次握手后,出现了tcp重传,三次握手到重传成功的时间间隔大概是20S左右,和我们刷新网页等待的时间一致,只要找到tcp重传的原因,应该就可以解决这个问题。

    图四 RTO时间是21.122秒 图5 TCP报文的长度536

    Mss(最大报文长度)表示TCP传往另一端的最大块数据的长度。当一个连接建立时,每一方都有用于通告它期望接受的MSS选项(MSS选项只能出现在SYN报文段中)。如果一方不接收来自另一方的MSS值,则mss就定为默认值536字节。

    观察这个tcp流,tcp重传的数据被分段了,每个段590byte,数据长536byte,数据+tcp头+ip头+二层头=536+20+20+14=590,而这个536恰好是MSS的默认值,前面已经说过mss值只在三次握手的sync包着带着,这意味着通信双方的mss值没有协商成功,mss自动降为默认值536byte,这是导致数据出现分段重传的原因。

    五、解决办法

           如果把客户端的mss值改成和服务器端的mss一样,会否就不重传了呢?马上登录网关,在接口上启用 tcp adjust-mss 1024 这条命令,验证网页打开的速度,0.1S的延时,再次抓包,tcp的mss值变为1024,虽然出现了tcp分段,但不再重传。

    图六 网页访问正常

    为何TCP进行536的分段后会重传,而且重传了20多秒,难道和应用有关?

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      网友评论

      • 骗人布船长:请问您后来知道,TCP MSS大小和报文重传的关系吗?是报文越大,重传率越高吗?
        骗人布船长:@随想的翅膀 好的,谢谢:smile:
        随想的翅膀:@_你微笑时好美_ 我知道的报文重传有两种情况,一种是通道质量不好产生CRC错误,一种就是我上面的这个案例,建立tcp连接时,MSS参数协商失败。报文大小和重传应该是没有关系的,以太网的MTU是1500字节,这1500字节还包含40字节的IP头和tcp头头,就是说数据净荷是1460字节,不管多大的报文只要超过1460就会分片传输,是否会重传还是要看具体的服务器,大部分网络是无需调整MSS参数的

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