计算机网络之TCP的可靠传输

上一篇内容可能比较多，显得比较杂乱，这一篇简单总结一下TCP是靠什么实现可靠传输的吧。

校验和

TCP是端到端的传输，由发送方计算校验和，接收方进行验证，目的是为了验证TCP首部和数据在发送过程中没有任何改动，一旦发现校验和有差错，直接丢弃TCP段并重新发送。

序列号/确认应答

TCP传输时发送方对每一个发送的消息都会编号，也就是序列号seq。接收方在每次接收到消息后回复确认应答号ACK，不仅告诉接收到哪些数据，还包括下一次消息从哪里发送。只要发送方没有接收到确认应答号ACK，都会重新发送数据。

超时重传

发送方发送完数据后会等待一定的时间，如果在这个时间内没有接收到ACK，就会重传数据。如果是发送方发生了丢包，那么接收方在接收到数据后会回复ACK，如果是接收方回复的ACK丢失了导致的重传，那么根据校验和和序列号知道该数据已经接收，丢弃该数据并发送ACK。

连接管理

三次握手和四次挥手。

流量控制（滑动窗口控制）

发送方发送数据的快慢取决于接收方接收能力。TCP的报文信息中有一个16位字段来标识滑动窗口，窗口大小就是接收方剩余缓冲区大小，在回复ACK时，接收方将自己剩余缓冲区大小填入。发送方根据窗口大小来调整自己的发送速度，如果缓冲区大小为0，那么发送方会停止发送数据。并且发送方定期会发送探测报文，来获取缓冲区大小。

快速重传

当接收端收到比期望号大的seq时候，就会发送冗余ACK，在超时重传之前如果收到三个相同的冗余ACK，那么就知道哪段报文发生了丢包，重传该段报文即可，避免了超时重传。

拥塞控制

网络可能刚开始很拥塞，如果在网络传输过程中开始就发送大量数据的话，会发生丢包和超时重传，所以需要慢启动算法、拥塞避免算法、快速重传和快速恢复。

慢启动算法

一开始不发送大量数据，而是应该先发一小部分探测数据，然后由小到大逐渐增大发送窗口。通常在刚刚开始发送报文段时，先把拥塞窗口 cwnd 设置为1，每次接收到报文之后将窗口大小翻倍。如果指数增长到避免拥塞算法的门限ssthresh，则改用避免拥塞算法。

• 初始化设置 cwnd = 1，并开始传输数据
• 收到回馈的 ACK，会将 cwnd 加 1
• 当发送端一个 RTT 后且未发现有丢包重传，就会将 cwnd = cwnd * 2
• 当 cwnd >= ssthresh 或发生丢包重传时慢启动结束，进入拥塞避免状态

避免拥塞算法

每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd，变为线性增长。一但发现丢包和超时重传，就进入拥塞处理状态。

拥塞发生

当网络出现拥塞，也就是会发生数据包重传，重传机制主要有两种：超时重传和快速重传。

ssthresh 和 cwnd 的值会发生变化

• ssthresh 设为 cwnd/2
• cwnd 重置为 1

发送三次前一个包的 ACK，于是发送端就会快速地重传，不必等待超时再重传。TCP 认为这种情况不严重，因为大部分没丢，只丢了一小部分，则 ssthresh 和 cwnd 变化如下：

• cwnd = cwnd/2 ，也就是设置为原来的一半
• ssthresh = cwnd
• 进入快速恢复算法

快速恢复

• 拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）
• 重传丢失的数据包
• 如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd 增加 1
• 如果收到新数据的 ACK 后，把 cwnd 设置为第一步中的 ssthresh 的值，原因是该 ACK 确认了新的数据，说明从 duplicated ACK 时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态

具体详细内容请见https://blog.csdn.net/qq_45444343/article/details/145670595?spm=1001.2014.3001.5501