TCP协议可靠性保证知识点总结

Posted 2021-04-23 老程序员学习笔记

1、校验和。将整个数据分成多个数据包发送，各段相加取反得到的和，放在报文首部，接收方收到信息后相同操作，比较校验和，相同则代表接收到了完整的信息。

2、序列号。每个数据包都有顺序的序列号。

3、确认应答（ACK）。接收方收到一个数据包，序列号=x，返回ACK=x+1，发送方可以知道x数据包已经发送成功。

4、超时重传。数据包发送一段时间后没有收到ACK，就重传。一段正常的数据包从发送到接到ACK这段时间叫RTT，而超时重传的时间RTO>RTT。以500ms为单位，1*500、2*500、4*500的间隔重发。超过一定次数仍不成功，视为网络或接收方出现问题，关闭连接。

5、连接管理。三次握手、四次挥手。

6、流量控制。ACK会带上接收方缓冲区的大小，发送方据此调整发送的数据量。如果接收方缓冲区满，则停止发送，但会定期发送窗口探测数据包，以便获取接收方新的缓冲区大小。

7、拥塞控制。

慢启动。初始化拥塞窗口cwnd=1，初期发送数据时，取cwnd与接收方返回的缓冲窗口大小中最小的来发送数据包。每接到一个ACK则cwnd+1。由此可推：

1、cwnd=1，发送数据包1，接到ACK，cwnd=1+1=2。

2、cwnd=2，发送数据包2，接到ACK，cwnd=2+2=4。

3、cwnd=4，发送数据包4，接到ACK，cwnd=4+4=8。

可以看到cwnd是指数级增长。

拥塞避免。当cwnd增长到慢启动阈值（ssthress）后，不再指数级增长，变成线性增长。

cwnd=cwnd+1/cwnd。

一旦发生网络拥堵，比如数据包超时重传了，ssthress=cwnd/2，cwnd=1，重新慢启动。

快重传&快恢复。在现实情况中，因为网络抖动、接收端主机等问题，导致某个数据包丢失，或者ACK丢失的情况，相对于整个网络拥塞还是比较常见的。如果因为一个数据包的丢失，重启慢启动，对性能影响太大，所以有了快重传&快恢复。

快重传启动时机。发送方的数据包肯定是顺序发送，但走IP协议传输时是乱序的，并且因为网络、路由等原因，接收方收到的数据包必定是乱序的。比如没收到数据包3，先收到了数据包4，此时接收方会返回一个冗余ACK告知发送方没有收到3。一般认为如果发送方收到3个相同的冗余AKC，则代表此数据包极大可能丢了，此时启动快重传，重发数据包3。

相应的这种情况肯定不是网络拥塞，没必要重启慢启动，执行快恢复即可，即ssthresh=cwnd，cwnd=cwnd/2，不再从1开始。

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再简单说一下滑动窗口。

发送方将发送的数据包按序排成队列，分成四种类型。

1、已发送&已确认。

2、已发送&未确认。

3、待发送。

4、不发送。

前面我们说了，发送多少数据包是由cwnd和接收方缓冲区窗口中最小值决定的。所以2&3的多少是由cwnd决定的，假设cwnd现在是固定的，那么当2中一个包接到ACK了，则4中一个数据包就可以变为3，这么看来，就好像cwnd这个窗口向后“滑动”了。