【计算机网络 - 基础问题】每日 3 题（二十三）

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67. TCP 如何保证可靠性连接？

• 校验和：TCP 将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP 将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
• 序列号：TCP 传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号。（为了应对延时抵达和排序混乱）。每个连接都会选择一个初始序列号，初始序列号（视为一个 32 位计数器），会随时间而改变（每 4 微秒加 1）。因此，每一个连接都拥有不同的序列号。序列号的作用不仅仅是应答的作用，有了序列号能够将接收到的数据根据序列号排序，并且去掉重复序列号的数据。这也是 TCP 传输可靠性的保证之一。
• 确认应答：TCP 传输的过程中，每次接收方收到数据后，都会对传输方进行确认应答。也就是发送 ACK 报文。这个 ACK 报文当中带有对应的确认序列号，告诉发送方，接收到了哪些数据，下一次的数据从哪里发。
• 超时重传：超时重传机制。简单理解就是发送方在发送完数据后等待一个时间，时间到达没有接收到 ACK 报文，那么对刚才发送的数据进行重新发送。如果是刚才第一个原因，接收方收到二次重发的数据后，便进行 ACK 应答。如果是第二个原因，接收方发现接收的数据已存在（判断存在的根据就是序列号，所以上面说序列号还有去除重复数据的作用），那么直接丢弃，仍旧发送 ACK 应答。那么发送方发送完毕后等待的时间是多少呢？如果这个等待的时间过长，那么会影响 TCP 传输的整体效率，如果等待时间过短，又会导致频繁的发送重复的包。如何权衡？由于 TCP 传输时保证能够在任何环境下都有一个高性能的通信，因此这个最大超时时间（也就是等待的时间）是动态计算的。
• 连接管理：说白了就是三次握手四次挥手。
• 流量控制：当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。
• 拥塞控制：拥塞控制是 TCP 在传输时尽可能快的将数据传输，并且避免拥塞造成的一系列问题。是可靠性的保证，同时也是维护了传输的高效性。

68. 能不能说说 TCP 报文中时间戳的作用？

timestamp 是 TCP 报文首部的一个可选项，一共占 10 个字节，格式如下：

kind(1 字节) + length(1 字节) + info(8 个字节)

其中 kind = 8， length = 10， info 有两部分构成：timestamp 和 timestamp echo，各占 4 个字节。

TCP 的时间戳主要解决两大问题：

• 计算往返时延 RTT (Round-Trip Time)
• 防止序列号的回绕问题

69. 能不能说说 Nagle 算法和延迟确认？

1. Nagle 算法

试想一个场景，发送端不停地给接收端发很小的包，一次只发 1 个字节，那么发 1 千个字节需要发 1000 次。这种频繁的发送是存在问题的，不光是传输的时延消耗，发送和确认本身也是需要耗时的，频繁的发送接收带来了巨大的时延。

而避免小包的频繁发送，这就是 Nagle 算法要做的事情。

具体来说，Nagle 算法的规则如下：

• 第一次发送数据时不用等待，就算是 1 byte 的小包也立即发送
• 后面发送满足下面条件之一就可以发了:
  • 数据包大小达到最大段大小 (Max Segment Size，即 MSS)
  • 之前所有包的 ACK 都已接收到

2. 延迟确认

试想这样一个场景，当我收到了发送端的一个包，然后在极短的时间内又接收到了第二个包，那我是一个个地回复，还是稍微等一下，把两个包的 ACK 合并后一起回复呢？

延迟确认 (delayed ack) 所做的事情，就是后者，稍稍延迟，然后合并 ACK，最后才回复给发送端。TCP 要求这个延迟的时延必须小于 500ms，一般操作系统实现都不会超过 200ms。

不过需要主要的是，有一些场景是不能延迟确认的，收到了就要马上回复：

• 接收到了大于一个 frame 的报文，且需要调整窗口大小
• TCP 处于 quickack 模式（通过 tcp_in_quickack_mode 设置）
• 发现了乱序包

3. 两者一起使用会怎样？

前者意味着延迟发，后者意味着延迟接收，会造成更大的延迟，产生性能问题。