带显式链路故障通知的TCP (TCP-ELFN)

---

介绍

传输控制协议 (TCP) 是一种在互联网上传输数据的标准协议。它是 TCP/IP 套件中的主要协议之一，另一个是互联网协议 (IP)。

TCP 通过在 IP 网络上通信的主机之间运行的应用程序，提供可靠的、有序的和经过错误检查的数据交付。它通过将数据分成较小的数据包、按顺序编号以确保在接收端正确重新组装以及确认每个数据包的接收来管理通信的传输控制部分。

TCP 广泛用于客户端-服务器架构中，其中服务器为多个客户端提供服务。示例包括使用 HTTP 向客户端提供网页的 Web 服务器、使用 SMTP 或 POP/IMAP 协议接收和发送电子邮件的电子邮件服务器以及允许通过 FTP 或 SFTP 协议进行文件传输的文件传输服务器。

TCP-ELFN：它是什么？

带显式链路故障通知的 TCP (TCP-ELFN) 是传统 TCP 协议的增强版本，它提高了网络通信的性能和可靠性。原始 TCP 协议旨在在各种网络条件下提供可靠的数据传输，但它并不擅长处理链路故障。

在传统 TCP 中，当链路发生故障时，可能需要几秒钟才能检测到故障原因并恢复通信。这种延迟在高速网络或移动网络中尤其成问题，在这些网络中，切换频繁。

TCP-ELFN 的定义及其与传统 TCP 的区别

TCP-ELFN 向标准 TCP 协议添加了一种显式链路故障通知机制。使用此机制，当链路发生故障时，故障会立即使用一种称为显式链路故障通知 (ELFN) 的新型控制消息向连接的两端发出信号。

接收到此消息后，双方都知道需要通过另一个可用路径重新传输丢失的或未确认的数据。与依赖超时和数据包丢失作为拥塞或网络问题的指示符的传统 TCP 相反，ELFN 允许快速检测和解决连接问题。

ELFN 还通过在重试之前提供备用路径的信息，从而允许更快地从错误条件中恢复。TCP-ELFN 在传输层运行；因此，它几乎可以透明地在任何 IP 网络技术（如以太网、WiFi、蜂窝数据网络——2G/3G/4G/LTE——WiMAX 等）上运行。

使用 TCP-ELFN 相对于传统 TCP 的好处

添加显式链路故障通知机制提供了比传统 TCP 更多的优势

• 更快地检测和恢复链路故障

• 通过快速通过 ELFN 消息发出故障信号，而不是等待超时或数据包丢失。

• 提高网络连接的可靠性和稳定性

• TCP-ELFN 比传统 TCP 能够更快地从链路故障中恢复，使其更能抵抗网络中断。

• 在高速或移动网络上的性能更好

• 通过能够更快地检测和响应链路故障，TCP-ELFN 可以在快速变化的环境中保持更高的吞吐量和更低的延迟。TCP-ELFN 减少了检测和恢复链路故障的时间，从而减少了数据丢失并提高了各种网络场景中的通信质量。

TCP-ELFN 如何工作？

协议及其关键特征概述

TCP-ELFN 是传统 TCP 协议的扩展，它提供链路故障的显式通知。它的工作原理是向现有的 TCP 数据包结构中添加一个附加的信令消息，称为显式链路故障通知 (ELFN) 消息。

当它检测到网络路径上的链路故障或拥塞时，此消息会从一个端点发送到另一个端点。然后，接收端点使用此信息来相应地调整其拥塞控制和重传行为。

TCP-ELFN 的一个关键特性是能够快速检测和响应链路故障，这可以显着减少数据包丢失并提高整体网络性能。此外，TCP-ELFN 通过允许每个流独立地对链路故障做出反应，而不是依赖全局拥塞控制算法，从而在流之间提供更好的公平性。

解释如何在 TCP-ELFN 中实现显式链路故障通知

在 TCP-ELFN 中实现显式链路故障通知涉及几个步骤。首先，每个端点必须通过将其包含在其初始握手消息中来支持协议扩展。

接下来，当发送方检测到网络路径上的链路故障或拥塞时，它会随常规 TCP 数据包一起发送 ELFN 消息。接收到 ELFN 消息后，接收方会更新其对当前网络状况的估计，并相应地调整其拥塞控制算法。

这可能包括根据它是否认为数据包丢失的原因是由于拥塞或链路故障而降低其发送速率或调整其重传行为。总的来说，通过明确地将影响其通信的网络状况通知端点，TCP-ELFN 能够实现更快的响应时间和更好的可用带宽利用率，同时避免不必要的拥塞和数据包丢失。

TCP-ELFN 的用例

在传统 TCP 无法在网络上提供可靠通信的情况下，TCP-ELFN 提供了重要的优势。本节介绍此类场景的示例，重点介绍 TCP-ELFN 如何解决传统 TCP 的局限性。

具有频繁链路故障的高速网络

由于干扰和拥塞，高速网络容易发生频繁的链路故障，导致数据包丢失或延迟。在这种网络中部署 TCP-ELFN 与传统 TCP 相比提供了更好的容错能力，传统 TCP 只有在未确认数据包超时后才能发现链路故障。显式通知允许发送方采用替代路由或切换到不同的传输协议，确保数据传输不间断且延迟最小。

带宽有限或延迟高的网络

TCP 假设数据包丢失是网络拥塞的指示；它会相应地降低其发送速率。但是，在带宽有限或延迟高的网络中，数据包丢失可能是由于其他原因造成的，例如间歇性连接或硬件故障。

在这种情况下，响应时间可能会变得无法忍受，因为发送方在发送超时消息后需要更长时间才能进行重传。TCP-ELFN 提供的显式通知允许发送方不仅检测数据包丢失，还可以区分拥塞和非拥塞相关的丢失。

具有频繁切换的移动网络

移动网络的特点是在基站之间频繁切换，当从一个基站的覆盖区域切换到另一个距离很远的基站的区域时，会导致链路中断。在这些情况下，传统的 TCP 需要很长时间才能恢复正常的传输，因为它依赖于在检测到链路故障后未确认数据包的超时。

相反，在移动通信系统中使用 TCP-ELFN 通过其显式链路故障通知功能，可以比传统 TCP 协议更快地检测断开的链路并更快地恢复时间。通知可以触发发送方快速切换到替代网络，从而在没有长时间延迟或中断的情况下保持连续的数据流。

TCP-ELFN 在具有挑战性的网络环境中提供可靠的通信，例如具有频繁链路故障的高速网络、带宽有限或延迟高的网络以及具有频繁切换的移动网络。它能够更快地检测断开的链路并更快地恢复时间，从而提高网络的整体性能。

结论

TCP-ELFN 是一种重要的协议，它提供了比传统 TCP 显著的优势，尤其是在链路故障常见的网络中。通过向连接的两端提供链路故障的显式通知，TCP-ELFN 能够更快地恢复并更有效地使用网络资源。此外，TCP-ELFN 可以与多路径 TCP 等其他先进的网络技术相结合，以进一步提高其性能和可靠性。