TCP可靠传输
TCP可靠传输
一、TCP可靠传输概览
可靠传输：接收方收到的字节流和发送方发出的字节流是完全一样的
TCP保证可靠传输的机制有如下几种：
- 校验和Checksum
- 序列号和确认应答机制
- 重传机制
- 流量控制（滑动窗口协议）
- 拥塞控制
二、校验和
若校验和有错误，说明TCP的首部和数据在发送端和接收端之间发生了变动，TCP报文段会被直接丢弃
TCP在计算校验和时，需要加上一个12字节的伪首部
12字节伪首部包括：
- 源IP地址
- 目的IP地址
- 保留字节（置0）
- 传输层协议号（TCP是6）
- TCP报文长度（首部 + 数据）
伪首部的目的是为了增加TCP校验和的检错能力：如根据目的IP地址检查这个TCP报文是不是传给我的、根据传输层协议号检查传输层协议是否选对
伪首部只在校验的时候使用
三、序列号和确认应答机制
四、重传机制
重传机制：
- 超时重传
- 快速重传
1??超时重传
TCP发送方在发送报文的时候，设定一个定时器，如果在规定的时间内没有收到来自接收方发来的ACK确认报文，发送方就会重传这个已经发送的报文段
有两种情况：
- 第一种情况：报文段丢失
- 第二种情况：ACK确认报文丢失
进行多长时间进行重传比较好？（RTO超时重传时间）
RTT（Round-Trip Time）：往返时延，报文段的往返时间
RTO的时间应略大于RTT的时间
若过大：网络空闲时间增大，降低网络传输效率
若过小：不必要的重传，导致网络负荷增大
若超时重传的数据又超时的话，TCP的策略是重传的超时时间间隔加倍（1s，2s，4s，8s……）
存在问题：超时周期相对较长，有没有方法可以减少超时重传的等待时间呢？快速重传
2??快速重传
快速重传不以时间为驱动，而是以数据驱动进行重传
原理：每当接收方收到比期望序号大的失序报文段到达时，就向发送方发送冗余ACK，指明下一个期待字节的序号
五、滑动窗口协议
1??累积确认
收到上一个报文段的确认报文再发送下一报文段的模式效率低下
引入窗口：无需等待确认应答，可以连续发送数据的最大值
窗口的实现实际上是操作系统开辟的一个内核缓冲区，发送方在等待确认应答报文返回之前，必须在缓冲区中保留已经发送的数据，如果在规定时间间隔内收到确认应答报文，就可以将数据从缓冲区清除
简单说，只要发送方接收到了ACK 600的确认应答，就意味着第600字节之前的所有数据都被接收方收到了，这个模式叫做累积确认或者累积应答
2??发送方的滑动窗口
四部分数据：
- 已发送并收到ACK
- 已发送还没有收到ACK
- 未发送但在接收方处理范围内
- 未发送且超出接收方处理范围
当发送方将数据都发送出去之后，可用窗口大小为0，表明已经耗尽窗口，在没收到ACK确认之前无法继续发送数据
3??接收方的滑动窗口
分为三部分：
- 已经接受并发送确认的数据（只要接收就必须发送确认）
- 未接受但可以接收的数据
- 未接受但不可以接收的数据（超过了接收方窗口大小）
同样的，接收方的滑动窗口在成功接收并确认的数据后，窗口右移
举个例子：
六、流量控制
场景：A一直向B发送数据，不考虑B的接受能力，就会使得B的缓冲区满而无法再接受数据，从而导致大量的数据丢包，引发重传机制。而在重传的过程中，B的缓冲区情况仍未好转，则会将大量的时间浪费在重传数据上，降低传送数据的效率
引入流量控制机制：B告诉A自己接收缓冲区大小，使得A可以控制发送的数据量
流量控制：控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收
TCP实现流量控制主要就是通过 滑动窗口协议
七、拥塞控制
1??概念
拥塞：（需求太大）对网络中某一资源的需求超过该资源所能提供的可用部分，使得网络性能变差
出现拥塞：控制发送方的速率
区分流量控制和拥塞控制：
- 流量控制：让接收方能来得及接收
- 拥塞控制：控制发送方的发送速率，防止过多的数据注入到网络中（学生抢课）
为了调节发送方所要发送数据的量，定义了拥塞窗口cwnd的概念，它会根据网络的拥塞程度动态变化：
- 出现拥塞，cwnd??
- 未出现拥塞，cwnd??
在引入拥塞窗口之前，发送窗口大小和接收窗口大小基本是相等的关系（接收窗口大小决定），在引入拥塞窗口之后，发送窗口的大小就等于：min(拥塞窗口大小，接收窗口大小)
2??TCP拥塞控制四种算法
四种算法：
- 慢开始
- 拥塞避免
- 快重传
- 快恢复
1.慢开始
思路：TCP刚建立好连接后，如果立即将大量数据字节注入网络会引起网络阻塞。我们可以一点点的试探，提供数据报发送的数量，由小到大逐渐增大拥塞窗口的数值，cwnd初始设为1，每经过一个传播轮次，cwnd加倍（按指数增长）
设置慢启动轮限ssthresh状态变量：
- 当 cwnd < ssthresh 时，使用慢启动算法
- 当 cwnd > ssthresh 时，使用拥塞避免算法
2.拥塞避免算法
思路：让拥塞窗口cwnd缓慢增大，即每经过一个往返时间 + 1
🐷无论是慢启动算法还是拥塞避免算法，只要出现网络拥塞（触发了超时重传机制），ssthresh和cwnd就会发生改变：
- ssthresh = cwnd / 2
- cwnd = 1
3.快重传和快恢复
这两种算法一般同时使用
快重传
快恢复
ssthresh和cwnd的值发生改变：
- cwnd = cwnd / 2
- ssthresh = cwnd
【参考】计算机基础网站学习
https://cswiki.top/
