TCP的“可靠性”（上）

TCP的“可靠性”（上）

想必大家都或多或少的听说过TCP的特性：有连接，可靠传输，面向字节流，全双工

本文重点讲讲TCP的“可靠性”

网络通信过程是复杂的，无法确保发送方发送出去的数据，100%能够到达接收放。

此处可靠性，只能“退而求其次”，只要尽可能的去进行发送了，发送方能够指定对方是否收到，就认为是可靠传输了。

网上很多帖子说：”TCP的可靠性是因为三次握手四次挥手“

这个说法是很不准确的，因为三次握手四次挥手只有初次建立连接的时候才会，但是可靠性是整个过程都可靠，那靠的什么呢？

用来确保可靠性，最核心的机制，称为“确认应答”

确认应答（可靠性传输的基础）

确认应答就是：句句有回应！

比如：银角大王每次像金角大王发出请求，金角大王都有响应

但是上述的时序有些过于理想了，实际上网络传输过程中，经常会出现“后发先至”情况

为什么网络中会出现“后发先至”情况呢？

一个数据包从发送方到接收方过程中走的路线可能不一样

第一个数据包，走路线一，第二个数据包走路线二

有可能路线二非常通畅，路线一堵车了，第二个数据包虽然发的迟，但是能先到！！

如果出现后发先至的情况，再去理解这里的含义就会出现问题了！

为了解决上述问题，引入了序号和确认序号，对于数据进行编号，应答报文里就告诉发送方说，我这次应答的是哪个数据

这只是简化版本的模型，真实的TCP的情况要更复杂一些。

TCP是面向字节流的，以字节为单位进行传输的，没有“一条两条”的概念

实际上，TCP的序号和确认序号都是以字节来进行编号的

应答报文中的确认序号，是按照发送过去的最后一个字节的序号再加上1来进行设定的

超时重传

超时重传是确认应答的补充

如果一切顺利，通过应答报文就可以告诉发送方，当前数据是不是成功收到

但是，网络上可能存在“丢包”情况。如果数据包丢了，没有到达对方，对方自然也没有ack报文了。

这个情况下，就需要超时重传了

TCP可靠性就是在对抗丢包（期望在丢包客观存在的背景下，也能够尽可能的把包传过去）

发送方发了个数据之后，要等

等的时间里，收到了ack（数据报在网络上传输，需要时间）

如果等了好久，ack还没等到，此时发送方就认为数据的传输出现丢包了

当认为丢包之后，就会把刚才的数据包再传输一次（重传）

等待的过程有一个时间的阈值（上线），就是（超时）

为啥会存在“丢包”？

网络中的路由器/交换机，不仅仅是给你这一次通信提供服务，还要能支持千千万万的主机之间的通信

整个网络中，就可能存在，某个路由器/交换机，某个时刻，突然负载量很高，短时间内可能有大量的数据包要几个这个设备转发。这个时候，如果瞬间的高负载超出了这个设备能转发的数据量的极限，多出来的部分，就无了，就被设备丢包了。

当然，没收到ack不一定就是丢包了，也可能是数据到达了，ack丢了

所以，这里要分情况讨论：

1.丢包了（数据包丢了）

这种情况接收方本身没有收到数据，此时你重传理所应当，没有任何问题

2.ack丢了

数据已经被接收方B接收了，但是B返回的ack丢了

此时发送到再传输一次，同一份数据，B就会收到两次

试想一下，如果发的请求是扣款请求呢？？这是肯定不行的

TCP socket再内存中存在接收缓冲区（一块内存空间）

发送方发来的数据，是要首先放到接收方缓冲区中，然后应用程序调用read/sanner.next才能读到数据，这里的读操作其实是读接收缓冲区。

【缓冲区的应对方案】

• 1）去重

当数据到达接收缓冲区的时候，接收方首先会判断一下看当前缓冲区是否已经有这个数据了（或者这个数据曾经在接收缓冲区中存在过）

如果已经存在或者存在过，就直接把重复发来的数据就丢弃了

就能确保不会出现重复数据了

接收方如何判定这个数据是否是 “重复数据”
核心判定依据：【数据的序号】

1. 数据还在接受缓冲区里，还没被 read 走。 此时，就拿着新收到的数据的序号，和缓冲区中的所有数据的序号对一下，看看有没有一样的。有一样的就是重复了，就可以把新收到的数据丢弃了。
2. 数据在接受缓冲区中，已经被应用程序给 read 走了，此时新来的数据序号直接无法再接受缓冲区查到
   注意！！应用程序读取数据的时候，是按照序号的先后顺序，连续读取的！！ 先读 1 - 1000 1001 - 2000
   2001 - 3000 一定是先读序号小的数据后读序号大的数据的（可以把接收缓冲区这个队列想象成带有优先级的阻塞队列）
   此时socket api 中就可以记录上次读的最后一个字节的序号是多少
   比如上次读的最后一个字节的序号是 3000
   新收到一个数据包的序号是 1001，这个 1001 一定是之前已经读过的了，这个时候同样可以把这个新的数据包判定为 “重复的包”
   直接丢弃了。

上述谈到的，ack，重传，保证顺序，自动去重，都是 TCP 内置的。使用 TCP 的 api 的时候outputStream.write ()
只需要调用一个这样的简单代码，上述功能就都自动生效了～～程序员需要操的心就少多了。 如果使用 UDP，上述这些问题就都得好好考虑考虑。

超时是会重传，但不是无限的重传，有一定的策略的

1. 重传次数是有上限的。重传到一定程度，还没有 ack，就尝试重置连接，如果重置也失败，就直接放弃连接。
2. 重传的超时时间阈值也不是固定不变的，随着重传次数的增加，而增大（重传频率越来越低）

连接管理（三次握手，四次挥手）

后续内容，在我的下一篇文章中有讲到：【TCP的“可靠性”（下）——三次握手四次挥手】

建立连接： 客户端执行 ：socket=new Socket(serberIp,serverPort)这个操作就是在建立连接

上述只是调用 socket API ，真正连接建立的过程，是在操作系统内核完成的

建立连接（三次握手）

此处的连接是“虚拟的，抽象的”连接，目的是让通信双方都能保存对方的相关信息

断开连接（四次挥手）

断开连接的本质目的，就是为了把对端的信息从数据结构中给删除掉 / 释放掉。