tcp特性：可靠传输_tcp可靠传输

可靠传输 （安全，有序）

通过很多特殊机制实现可靠传输

• 第一个 面向连接，先确保双方有收发数据的能力
• 第二个 确认应答，接收方要回复每一个包
• 第三个 超时重传，确认回复超时
• 第四个 包序管理，协议中序号字段的作用，保证数据有序交付

数据有问题，用校验和字段检查数据是否正确，保证数据正确

滑动窗口机制

保证可靠的方式(两种方式要使用序号)

确认应答机制服

发送方发送数据后需要接收方确认

• 回复确认数据包工作，是tcp自己在网络协议栈中完成的，不需要程序员介入；程序员只调用recv函数从缓冲区中拿数据

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超时重传机制

发送方发送数据就会开启一个重传计数器，当计数器的时间超过重传时间就会重传报文

• 超时重传时间RTO：
• 报文往返时间RTT：由上次和上上次的报文往返时间计算
  RTT=RTT(prev0.9)+RTT(pprev0.1)
• RTO=2*RTT

这两个机制可以保证tcp数据是可靠到达对端，但是：

1. tcp发送方在发送下一个数据前会等待上一条数据的确认应答，整体发送效率低；如果上一条数据处理时间长，那么就会影响下一条数据发送
2. 数据是从发送方的发送传冲区发送至，接收方的接收缓冲区，如果接收缓冲区中没有空间许多数据包会丢失，导致发送方一直重传；

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保证传输效率

滑动窗口机制

提高发送方发送速率和接收方接收能力

滑动窗口机制允许tcp一次性将多个分组发送，暂时不需要确认应答，对端收到后挨个确认；每个分组大小不会超过MSS，当发送方接收到最早的确认应答后，窗口向后滑动包括下一个可以发送的分组

tcp流量控制

作用：防止数据发送过多而丢包，采用滑动窗口机制
关键点：协议字段中的窗口大小
在16位窗口大小字段中，告诉发送方，自己的接收缓冲区剩余空间，这是流量控制的最基本思想，但是没有体现出滑动窗口机制

滑动窗口还进行了数据包的排序

滑动窗口机制实现：

• 收发数据双方维护了窗口，发送方维护发送窗口，接收方维护接收窗口
• 握手时，两边会分享自己的窗口大小，
  MSS，应用层数据最大是（三次握手时，在选项处携带自己的MSS大小，取两边较小的MSS）
  MTU，网络层数据最大是1500字节
  

• 传输时数据在缓冲区，

滑动窗口：发送方一次性发送到网络中的分组集合，分组的个数就是窗口的大小
发送方窗口大小是动态变化的，取决于接收方窗口的大小

• 接收方回复ACK数据包，该数据包的协议字段中存在16位窗口大小；
• ACK数据包到达发送方后，发送方解析ACK数据包，得到接收方的窗口大小，来调节自己的每次发送的字节数；

接收缓冲区限制了接收方16位窗口大小

• 接收方数据存储在接收缓冲区；
• 缓冲区不是无线大；
• 当应用层不调用recv函数从接收缓冲区中获取数据，缓冲区容量就逐渐减小；

如果对双方发送数据量不进行控制，

• 接收方可能会丢失一些数据，这些数据没有经接收方回复确认；
• 发送方会启动超时重传机制；
• 如此往复，网络中就有大量的重传数据包占用带宽资源
• 导致整个网络转发能力下降

0号窗口：在接收方发送ACK数据包回复时，会标明当前窗口接收能力，若为0则表示不能接收数据；

• 发送接收到0号窗口，就将其滑动窗口调整至0，暂时不发送数据；
  有两种触发方式，发送方可继续发送数据
• 方式1：发送方主动给接收方发送窗口探测包，探测接收方缓冲区的大小；
  窗口探测包大小固定为1字节；
• 方式2：接收方主动给发送方发送窗口更新通知

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滑动窗口丢包：
a.丢失某个分组ACK

• 视情况重传；
• 当滑动窗口某个分组ACK丢失后，可以通过收到的高序列号，来确认丢失的ACK分组数据是否到达对端，从而不需要重传；

b.丢失某个分组数据

• 必须要重传；
• 丢失分组后的数据是不能被recv函数从缓冲区内读取的；

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按照滑动窗口发送数据时，还要考虑网络的转发能力是否满足一次性转发窗口大小的数据；

拥塞控制机制

提高网络转发能力（用于提高tcp的发送速率）

影响网络转发能力的因素：（数据是在共享网络中传输的）

1. 网路链路中，路由器、交换机的转发能力有上限；
2. 网路链路中的传输介质是有传输上限的；

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所以，tcp在发送数据时，为了不因网络原因频繁重传，则tcp在发送数据时，需要考虑网络转发能力；

• 网络拥塞机制本质是控制发送方发送数据的量，
• 最终发送的数据量是 = min（发送方滑动窗口大小，拥塞控制机制中拥塞窗口大小）

拥塞控制机制：

慢启动：

• tcp通信双方在建立连接后，先发送少量数据（拥塞窗口的数据）探测网络转发能力（根据tcp数据往返时间决定），根据网络转发能力逐渐调整拥塞窗口大小；
• 拥塞窗口的大小为1个MSS；
• 当拥塞窗口小于慢开始门限时，随着传输轮次增加，大小呈指数增长；
  当拥塞窗口大小超过慢开始门限，则切换至拥塞避免算法；
  拥塞避免算法：随着传输轮次增加，拥塞窗口大小呈线性增长（一次增加一个分组）；

往网络中传输的数据量依次加大，但是网络转发能力有限，就会导致tcp数据丢包，则发送方就认为网络拥塞立即下调拥塞窗口大小，即降低发送数据量；

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快恢复：

• 一旦发现网络拥塞则计算新慢开始门限，从新的慢开始门限执行拥塞避免算法
• 新慢开始门限 =（拥塞发送时）拥塞窗口大小/2

快重传：

• 当发送方发送的网络数据丢包后，发送方还未触发超时重传机制时；

• 由接收方快速确认丢失报文起始序号，告知发送方该报文丢失，则发送方不需要等待超时之后才重传；

• 解释：

• 1001~2000数据在传输时丢失；

• 接收方虽然还在接收后续报文，但是在回复时仍是希望接收1001–2000的数据；

• 此时发送方收到3个同样的确认应答时，直接重发丢失的报文；

• 重发到对端后，对端因为收到2001–3000、3001–4000，再次收到1001的重传数据包时，就会回复下一个序号7001–8000数据包

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如果没有快重传机制

• 发送方会在没有收到确认应答，在超时后也会重传；
• 但是要保证双方发送效率，如果发送方迟迟收不到确认应答，其滑动窗口不能向后滑动，就阻塞了发送效率；

• 拥塞控制机制是探测网络的拥塞程度，根据网络转发能力，来调整发送方的发送数据量；
• 滑动窗口机制取决于对方的接收能力，来控制发送方的发送数据量；
• 这两者共同作用，决定了最终的发送量

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其它机制

延时发送机制(NAGLE算法)：

• 如果发送方有少量数据需要发送；
• 但是该算法认为少量数据就进行网络通信，就等待一会；
• 等待数据量变大后，统一进行发送；
• 但是工业场景是禁止延时发送的；

捎带应答机制：

• 运用于双方都想给对方发送数据的场景，快速进行交互，就将ACK放在PSH数据包中携带给对方

延时应答机制：

• 接收方接收到数据，为了给发送方通告更大的窗口，等待一段时间；
• 如果在这段时间内，应用层将数据从接收缓冲区中接收后，接收方在回复确认时，就可以给发送方通过更大的窗口

心跳机制：判断空闲连接的双方是否是正常状态

• 连接空闲时就会启动保活计时器用来记录保活时间
• 超过两小时任一方就发送保活探测包
• 如果没有收到则每隔75秒发送一次，共十次
• → 10次都没应答则连接不正常，发送方主动断开
  → 有应答则正常，重新启动计时器