【网络协议】聊聊TCP如何做到可靠传输的

网络是不可靠的，所以在TCP协议中通过各种算法等机制保证数据传输的可靠性。生活中如何保证消息可靠传输的，那么就是采用一发一收的方式，但是这样其实效率并不高，所以通常采用的是累计确认或者累计应答。

如何实现一个靠谱的协议？

TCP为了保证顺序性，每个包都有一个ID，这个是建立连接之后开始使用的ID，一般确认包都是采用累计确认或者累计应答的模式。

发送端和接收端需要记录已经发送和处理确认的包的记录。
主要几种情况：

• **已确认：**发送端已经发送，接收端已经确认。
• **处理中：**发送端已经发送，接收端正在处理。
• **等待发送：**发送端准备发情，接收到准备接收。
• **没有发送：**发送端没有发送，接收端没有接收。

我们来聊聊为什么还要区分等待发送和没有发送这部分，本质其实为了控制接收端可以处理的数据能力。也就是滑动窗口大小就是接收端的，在TCP的保文中接收到会给发送端一个窗口的大小，暗示自己可以处理的数据。如果过多就处理不过来了。 Advertised window

发送端维护的数据结构：

• LastByteAcked 已经确认的数据
• LastByteSent 已发送但是还没有确认的。
• LastByteAcked + AdvertisedWindow 接收端最大处理数据量

接收端维护的数据结构

MaxRcvBuffer：最大缓存的量
LastByteRead 已经接收，但是还没有被应用层读取的。
NextByteExpected 第一部分和第二部分的分界线

顺序问题与丢包问题

假设上面的1，2，3 发送端和接收端已经达成共识，但是 4 ，5发送端还没有接收到，可能丢包了。
接收端8，9已经接收，但是 6，7没有接收，6，7可能丢包了。这种情况其实丢包和顺序问题都出现了，如何解决。
对于丢包问题，采用的是确认与重发机制
也就是设置一定的时间，发送端对于每个发送的包，如果一定的时间没有ACK的话，那么就进行重新发送，这个时间不宜过长和过短，一般是往返时间RTT。但是RTT也是TCP会进行算出一个平均值。也就是自适应重传算法。Adaptive Retransmission Algorithm。

但是对于再次丢包的，TCP 的策略是超时间隔加倍。每当遇到一次超时重传的时候，都会将下一次超时时间间隔设为先前值的两倍。两次超时，就说明网络环境差，不宜频繁反复发送

另一种快速重传的机制是，接收方收到一个大于下一个期望的报文段时，检测数据流中的一个间格。发送三个冗余的ACK，客户端收到后，就在定时器之前，重传丢失的报文端。

丢包问题采用的是确认机制，而顺序问题是通过序号确认的。

流量控制问题

流量控制其实在发送TCP报文的时候，就会携带一个窗口的大小。

会实时的根据接收方的数据大小进行调整，当接收方的处理增大是，发送方会增加可发送的数据，如果缩小，那么发送方就停止发送。
发送方会定时发送窗口探测数据包，看是否有机会调整窗口的大小。这个其实就是流量控制。

拥塞控制问题

流量控制是担心发送方把接收方缓存塞满，而拥塞控制是担心网络塞满。

LastByteSent - LastByteAcked <= min {cwnd, rwnd} ，是拥塞窗口和滑动窗口共同控制发送的速度。

水管有粗细，网络有带宽，也即每秒钟能够发送多少数据；水管有长度，端到端有时延。在理想状态下，水管里面水的量 = 水管粗细 x 水管长度。对于到网络上，通道的容量 = 带宽 × 往返延迟。

TCP 的拥塞控制主要来避免两种现象，包丢失和超时重传
网络拥塞的判定？

• 当网络发生拥塞时，路由器就会丢掉分组，因此，只要发送端没有按时收到应当到达的确认报文 ack，就可认为网络出现了拥塞

慢启动(2的N次增加)-拥塞避免(回退到一半窗口大小 +1操作) 当出现丢包 快速重传和快速恢复解决

快重传

• 快重传算法规定：发送端只要一连收到三个重复 ack，即可断定有分组丢失，就应该立即重传丢失的报文，而不需要等待为该报文设置的重传计时器超时。
• 与慢开始不同，拥塞窗口不设为 1，,而设为慢开始门限+3*mss（mss：最大报文段）。

流量控制和拥塞控制的理解吗？
流量控制考虑点对点的通信量的控制，也就是客户端和服务端直接数据传输数据量的大小。
拥塞控制考虑的问题是整个网络，是全局性的考虑。

小结

顺序、丢包、流量控制是通过滑动窗口来解决的。而拥塞控制是通过拥塞窗口来解决的，不能太快，也不能太慢，需要寻找到中间值。