帶顯式鏈路故障通知的TCP (TCP-ELFN)

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介紹

傳輸控制協議 (TCP) 是一種在網際網路上傳輸資料的標準協議。它是 TCP/IP 套件中的主要協議之一，另一個是網際網路協議 (IP)。

TCP 透過在 IP 網路上通訊的主機之間執行的應用程式，提供可靠的、有序的和經過錯誤檢查的資料交付。它透過將資料分成較小的資料包、按順序編號以確保在接收端正確重新組裝以及確認每個資料包的接收來管理通訊的傳輸控制部分。

TCP 廣泛用於客戶端-伺服器架構中，其中伺服器為多個客戶端提供服務。示例包括使用 HTTP 向客戶端提供網頁的 Web 伺服器、使用 SMTP 或 POP/IMAP 協議接收和傳送電子郵件的電子郵件伺服器以及允許透過 FTP 或 SFTP 協議進行檔案傳輸的檔案傳輸伺服器。

TCP-ELFN：它是什麼？

帶顯式鏈路故障通知的 TCP (TCP-ELFN) 是傳統 TCP 協議的增強版本，它提高了網路通訊的效能和可靠性。原始 TCP 協議旨在在各種網路條件下提供可靠的資料傳輸，但它並不擅長處理鏈路故障。

在傳統 TCP 中，當鏈路發生故障時，可能需要幾秒鐘才能檢測到故障原因並恢復通訊。這種延遲在高速網路或行動網路中尤其成問題，在這些網路中，切換頻繁。

TCP-ELFN 的定義及其與傳統 TCP 的區別

TCP-ELFN 向標準 TCP 協議添加了一種顯式鏈路故障通知機制。使用此機制，當鏈路發生故障時，故障會立即使用一種稱為顯式鏈路故障通知 (ELFN) 的新型控制訊息向連線的兩端發出訊號。

接收到此訊息後，雙方都知道需要透過另一個可用路徑重新傳輸丟失的或未確認的資料。與依賴超時和資料包丟失作為擁塞或網路問題的指示符的傳統 TCP 相反，ELFN 允許快速檢測和解決連線問題。

ELFN 還透過在重試之前提供備用路徑的資訊，從而允許更快地從錯誤條件中恢復。TCP-ELFN 在傳輸層執行；因此，它幾乎可以透明地在任何 IP 網路技術（如乙太網、WiFi、蜂窩資料網路——2G/3G/4G/LTE——WiMAX 等）上執行。

使用 TCP-ELFN 相對於傳統 TCP 的好處

新增顯式鏈路故障通知機制提供了比傳統 TCP 更多的優勢

• 更快地檢測和恢復鏈路故障

• 透過快速透過 ELFN 訊息發出故障訊號，而不是等待超時或資料包丟失。

• 提高網路連線的可靠性和穩定性

• TCP-ELFN 比傳統 TCP 能夠更快地從鏈路故障中恢復，使其更能抵抗網路中斷。

• 在高速或行動網路上的效能更好

• 透過能夠更快地檢測和響應鏈路故障，TCP-ELFN 可以在快速變化的環境中保持更高的吞吐量和更低的延遲。TCP-ELFN 減少了檢測和恢復鏈路故障的時間，從而減少了資料丟失並提高了各種網路場景中的通訊質量。

TCP-ELFN 如何工作？

協議及其關鍵特徵概述

TCP-ELFN 是傳統 TCP 協議的擴充套件，它提供鏈路故障的顯式通知。它的工作原理是向現有的 TCP 資料包結構中新增一個附加的信令訊息，稱為顯式鏈路故障通知 (ELFN) 訊息。

當它檢測到網路路徑上的鏈路故障或擁塞時，此訊息會從一個端點發送到另一個端點。然後，接收端點使用此資訊來相應地調整其擁塞控制和重傳行為。

TCP-ELFN 的一個關鍵特性是能夠快速檢測和響應鏈路故障，這可以顯著減少資料包丟失並提高整體網路效能。此外，TCP-ELFN 透過允許每個流獨立地對鏈路故障做出反應，而不是依賴全域性擁塞控制演算法，從而在流之間提供更好的公平性。

解釋如何在 TCP-ELFN 中實現顯式鏈路故障通知

在 TCP-ELFN 中實現顯式鏈路故障通知涉及幾個步驟。首先，每個端點必須透過將其包含在其初始握手訊息中來支援協議擴充套件。

接下來，當傳送方檢測到網路路徑上的鏈路故障或擁塞時，它會隨常規 TCP 資料包一起傳送 ELFN 訊息。接收到 ELFN 訊息後，接收方會更新其對當前網路狀況的估計，並相應地調整其擁塞控制演算法。

這可能包括根據它是否認為資料包丟失的原因是由於擁塞或鏈路故障而降低其傳送速率或調整其重傳行為。總的來說，透過明確地將影響其通訊的網路狀況通知端點，TCP-ELFN 能夠實現更快的響應時間和更好的可用頻寬利用率，同時避免不必要的擁塞和資料包丟失。

TCP-ELFN 的用例

在傳統 TCP 無法在網路上提供可靠通訊的情況下，TCP-ELFN 提供了重要的優勢。本節介紹此類場景的示例，重點介紹 TCP-ELFN 如何解決傳統 TCP 的侷限性。

具有頻繁鏈路故障的高速網路

由於干擾和擁塞，高速網路容易發生頻繁的鏈路故障，導致資料包丟失或延遲。在這種網路中部署 TCP-ELFN 與傳統 TCP 相比提供了更好的容錯能力，傳統 TCP 只有在未確認資料包超時後才能發現鏈路故障。顯式通知允許傳送方採用替代路由或切換到不同的傳輸協議，確保資料傳輸不間斷且延遲最小。

頻寬有限或延遲高的網路

TCP 假設資料包丟失是網路擁塞的指示；它會相應地降低其傳送速率。但是，在頻寬有限或延遲高的網路中，資料包丟失可能是由於其他原因造成的，例如間歇性連線或硬體故障。

在這種情況下，響應時間可能會變得無法忍受，因為傳送方在傳送超時訊息後需要更長時間才能進行重傳。TCP-ELFN 提供的顯式通知允許傳送方不僅檢測資料包丟失，還可以區分擁塞和非擁塞相關的丟失。

具有頻繁切換的行動網路

行動網路的特點是在基站之間頻繁切換，當從一個基站的覆蓋區域切換到另一個距離很遠的基站的區域時，會導致鏈路中斷。在這些情況下，傳統的 TCP 需要很長時間才能恢復正常的傳輸，因為它依賴於在檢測到鏈路故障後未確認資料包的超時。

相反，在移動通訊系統中使用 TCP-ELFN 透過其顯式鏈路故障通知功能，可以比傳統 TCP 協議更快地檢測斷開的鏈路並更快地恢復時間。通知可以觸發傳送方快速切換到替代網路，從而在沒有長時間延遲或中斷的情況下保持連續的資料流。

TCP-ELFN 在具有挑戰性的網路環境中提供可靠的通訊，例如具有頻繁鏈路故障的高速網路、頻寬有限或延遲高的網路以及具有頻繁切換的行動網路。它能夠更快地檢測斷開的鏈路並更快地恢復時間，從而提高網路的整體效能。

結論

TCP-ELFN 是一種重要的協議，它提供了比傳統 TCP 顯著的優勢，尤其是在鏈路故障常見的網路中。透過向連線的兩端提供鏈路故障的顯式通知，TCP-ELFN 能夠更快地恢復並更有效地使用網路資源。此外，TCP-ELFN 可以與多路徑 TCP 等其他先進的網路技術相結合，以進一步提高其效能和可靠性。