TCP 可靠传输机制

TCP：传输控制协议

TCP： 是一种面向连接的可靠的传输协议

什么是可靠？—>保证数据传输给对方

怎么保证可靠性？—> 确认机制 重传输机制

什么是面向连接？—>在传输数据之前，双方进行协商，保证双方可以收发数据

怎么保证面向连接？—>三次握手

可靠传输— 4种可靠机制 – 确认 重传 排序 流控（滑动窗口）

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。

TCP通过确认应答机制实现可靠的数据传输。在TCP的首部中有一个标志位——ACK，此标志位表示确认号是否有效。接收方对于按序到达的数据会进行确认，当标志位ACK=1时确认首部的确认字段有效。进行确认时，确认字段值表示这个值之前的数据都已经按序到达了。而发送方如果收到了已发送的数据的确认报文，则继续传输下一部分数据；而如果等待了一定时间还没有收到确认报文就会启动重传机制。

当主机A发送到主机B时，主机B会返回给主机A一个确认应答。

超时重传的两种情况
（1）如果主机A发送给主机B的报文，主机B在规定的时间内没有及时收到主机A发送的报文，我们可以认为是ACK丢了，这时就需要触发超时重传机制。

（2）如果主机A未收到B发来的确认应答，也可能是因为ACK丢了。因此主机B会收到很多重复的数据，那么，TCP协议需要能够识别出那些包是重复的包，并且把重复的包丢弃，这时候我们可以用前面提到的序列号，很容易做到去重的效果

超时重传时间的确认

重传时间的确定：报文段发出到收到应答中间有一个报文段的往返时间RTT，

显然超时重传时间RTO会略大于这个RTT，

TCP会根据网络情况动态的计算RTT，即RTO是不断变化的。

在Linux中，超时以500ms为单位进行控制，每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍。其规律为：如果重发一次仍得不到应答，就等待2500ms后再进行重传，如果仍然得不到应答就等待4500ms后重传，依次类推，以指数形式递增，重传次数累计到一定次数后，TCP认为网络或对端主机出现异常，就会强行关闭连接。

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。
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。

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。

接收端处理数据的速度是有限的，如果发送方发送数据的速度过快，导致接收端的缓冲区满，而发送方继续发送，就会造成丢包，继而引起丢包重传等一系列连锁反应。

因此TCP支持根据接收端的处理能力，来决定发送端的发送速度，这个机制叫做流量控制。

在TCP报文段首部中有一个16位窗口大小，窗口大小的内容实际上是接收端接收数据缓冲区的剩余大小，窗口越大，网络吞吐量越高，而一旦接收方发现自身的缓冲区快满了，就将窗口设置为更小的值通知发送方。如果缓冲区满，就将窗口置为0，那么发送方将停止发送数据。并定期的向接收端发送窗口探测数据段，让接收端把窗口大小告诉发送端。

注：16位的窗口大小最大能表示65535个字节（64K），但是TCP的窗口大小最大并不是64K。在TCP首部中40个字节的选项中还包含了一个窗口扩大因子M，实际的窗口大小就是16位窗口字段的值左移M位。每移一位，扩大两倍。

利用滑动窗口来实现流量控制。

发送方的发送窗口，不能超过接收方给出的接受窗口的数值。
当发送一次数据，等到确认应答时才可以发送下一个数据段，这样的效率会很低，我们利用滑动窗口，无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值；收到第一个ACK后，滑动窗口向后移；*操作系统为了维护这个滑动窗口，需要开辟发送缓冲区来记录当前还有那些数据没有应答，只有确认应答过的数据，才能从缓冲区删除掉；窗口越大，网络的吞吐率越高；TCP为每一个连接设有一个持续计时器，只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带一个字节的数据），对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值，如果仍然是0，那么收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器；如果窗口不是0，那么死锁的僵局就可以打破。

在使用窗口控制中， 出现丢包一般分为两种情况：
（1）数据包在传送过程中丢失了

当发送端的某一段报文丢失后，发送端会一直收到1001这样的ACK；如果发送端主机连续三次收到同样的”1001”这样的应答，就会将对应的数据1001-2000重新发送；当成功接收到1001之后，再次返回的ACK就是6001了，接收端在之前就已经收到（2001-7000）了，被放到了接收端操作系统内核的接受缓冲区中。这种机制被称作快重传

（2）数据包已经递达，ACK丢了

被放到了接收端操作系统内核的接受缓冲区中。这种机制被称作快重传