TCP协议--传输机制

TCP协议原理 

TCP协议是对数据传输提供的一个管控机制，主要体现在可靠和效率两个方面，即在保证数据可靠传输的情况下尽可能的提高效率 

 

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可靠传输机制

确认应答机制

向对方发送一个数据报，对方要返回一个确认应答的数据报 

实现的方式：序号和确认序号保证了响应应答针对的是哪一条消息的应答

说明：

发送的数据是基于TCP报头中的“32位序号”来保存的，一个字节对应一个序号
确认应答的数据是基于TCP报头中的“32位确认序号”来保存的，ack（确认信息）标志位置为1，返回某个序列号，说明某个序列号之前的数据全部接收到
有了确认应答，它才可以继续发送后边的数据

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超时重传机制

发送的数据报可能因为网络拥堵等原因，超过一定时间，还没有收到确认应答的数据报，就需要重新发送 。如果没有收到确认应答，可能是因为发送数据时候就已经发生了丢包，也可能是因为ACK丢包了。这种情况，主机B可能会接收到许多重复的数据，TCP内部有去重操作，接收的数据会放在操作系统内核的接收缓冲区中，接收缓冲区可以是一个内存空间，视为是一个阻塞队列，对于收到的数据，TCP会根据序号检查这个数据是不是在缓冲区中已经存在，如果存在则丢弃，如果不存在则放进去

超时时间如何确定？

如果超时时间设置的太长，会导致重传的效率
如果超时时间设置的太短，会导致频繁发送重复的数据

因此TCP协议为了保证在任何环境中都能有较高性能的通信，系统会动态的计算这个超时时间

• 超时以500ms为一个单位，每次判定超时重发的时间都是500ms的整数倍
• 重发一次，仍然不能收到应答，等待2*500ms后再进行重传
• 仍然等不到应答，等待4*500ms进行重传，以此类推，以指数形式增长
• 累积到一定重传次数，TCP协议认为网络或者对端主机出现异常，强制关闭连接

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连接管理机制（三次握手，四次挥手）

我之前的文章有详细的讲解，可以看前面的文章。

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流量控制

接收端主机处理数据的速度有限，如果发送端发送数据太快，导致接收端缓冲区被填满，这时，发送端继续发送数据的话就会造成丢包，继而引起丢包重传等一些列连锁反应，因此TCP协议根据接收端接收数据的能力，来决定发送端发送数据的速度，这个机制就叫作流量控制 

• 接收端将自己剩余缓冲区大小存入TCP头部中的“16位窗口大小”字段 ，通过ACK通知发送端
• 窗口大小越大，说明网络吞吐量越高
• 发送端根据接收到这个窗口的大小，控制自己的发送速度
• 如果接收缓冲区满了，就会将窗口设置为0，这时，发送端不在发送数据，而是定期的发送一个窗口探测报文（只是为了知道窗口的大小），让接收端将窗口大小告诉发送端

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拥塞控制 

刚开始发送数据时，由于中间结点的网络情况不清楚，如果贸然发送大量数据，就会造成大量丢包，所以TCP协议引入慢启动的方式，先发少量数据探探路，再决定按照多大速度发送数据

此处引入拥塞窗口，刚开始时，拥塞窗口设置为1，每收到一个ACK时，拥塞窗口加1，每次发送数据的时候，拥塞窗口和流量窗口的较小的值作为实际发送的窗口，即滑动窗口的大小 

注意：上述增长方式是指数级别的，指数式增长可以快速接近丢包的极限

拥塞窗口变化的方式 

为了不增长那么快，引入一个慢启动的阈值，当拥塞窗口的大小超过了这个阈值，不在按照指数方式增长，而是按照线性方式增长，如下图所示：

开始时，慢启动的阈值为窗口的最大值，线性增长到一定程度时会发生丢包
网络拥塞时，拥塞窗口置1，慢启动阈值变为拥塞窗口/2，重新开始增长。

博客参考：【计算机网络】TCP协议详解-CSDN博客