一、TCP的可靠傳輸如何保證？
在TCP連接中，資料流必須以正確的順序傳送給對方，TCP的可靠性是通過順序編號和確認（ACK）實作的，TCP在開始傳送一個段時，為準備重傳而首先將該段插入到發送佇列中，同時啟動時鐘，然后，如果收到了接收端對該段的ACK資訊，就將該段從佇列中刪去，如果在時鐘規定的時間內，ACK未回傳，那么就從發送佇列中再次送出這個段，TCP在協議中就對資料可靠傳輸做了保障，握手與斷開都需要通訊雙方確認，資料傳輸也需要雙方確認成功，在協議中還規定了：分包、重組、重傳等規則；而UDP主要是面向不可靠連接的，不能保證資料正確到達目的地，
二、TCP還提供了以下方式保證可靠傳輸
1.確認和重傳：接收方收到報文就會確認，發送方發送一段時間后沒有收到確認就重傳，
TCP是怎么保證錯誤重傳的？
1）接收方受到錯誤的分組，就直接丟棄，而不做任何操作；
2）發送方在規定的時間（比平均往返時延大一些）沒有收到分組的確認分組，就會自動重傳；
3）為了讓對方知道哪個分組出現了問題，就為分組也編了序號，
2.資料校驗
3.資料合理分片和排序
UDP：IP資料報大于1500位元組，大于MTU，這個時候發送方IP層就需要分片（fragmentation）把資料報分成若干片，使每一片都小于MTU，而接受方IP層則需要進行資料報的重組，這樣就會多做許多事情而更嚴重的是，由于UDP的特性，當某一片資料傳送中丟失時，接收方便無法重組資料報，將導致丟棄整個UDP資料報，
TCP會按MTU合理分片，接收方會快取未按序到達的資料，重新排序后再交給應用層，
4.流量控制
利用滑動視窗實作流量控制，如果發送方把資料發送的過快，接收方可能會來不及接收，這就會造成資料的丟失，所謂流量控制就是讓發送方降低發送速率，讓接收方來得及接收，原理就是運用TCP報文段中的視窗大小欄位來控制，發送方的發送視窗不可以大于接受方發回的視窗大小，
時機：目的主機緩沖區變小而不能接收源主機更多的資料時，就要流量控制，
改變接收視窗：可隨時改變視窗大小，目的主機在確認時，還向源主機告知目的主機接識訓沖區的大小，
滑動視窗機制：TCP協議里視窗機制有2種，一種是固定的視窗大小、一種是滑動的視窗，這個視窗大小就是我們一次傳輸幾個資料，
思想：允許發送方不必等確認到來就可以繼續發送下面的分組，但規定一個上限，若多個分組的確認未到時，則暫停發送，
1）資料流的各位元組被編上序號，
2）TCP的滑動視窗按位元組操作而不是按報文段或分組操作，
3）TCP視窗大小為位元組數，最大為65535位元組，
4）通信雙方都沒有發送和接識訓沖區（相當于發送視窗和接收視窗），默認大小各系統有差異，如4096、8192、16384等，發送緩沖區大小為默認視窗大小，
5）TCP連接兩端各有兩個視窗（發送視窗和接收視窗），
這里我們可以看到假設視窗的大小是1，也就是每次只能發送一個資料，只有接受方對這個資料進行確認了以后才能發送第2個資料，我們可以看到發送方每發送一個資料接受方就要給發送方一個ACK對這個資料進行確認，只有接收到了這個確認資料以后發送方才能傳輸下個資料，
這樣我們考慮一下如果說視窗過小，那么當傳輸比較大的資料時需要不停的對資料進行確認，這個時候就會造成很大的延遲，如果說視窗的大小定義的過大，我們假設發送方一次發送100個資料，但是接受方還是只能處理50個資料，這樣每次都會只對這50個資料進行確認，發送方下一次還是發送100個資料，但是接受方還是只能處理50個資料，這樣就避免了不必要的資料來擁塞我們的鏈路，所以我們就引入了滑動視窗機制，視窗的大小并不是固定的而是根據我們之間的鏈路的帶寬的大小，這個時候鏈路是否擁塞，接受方是否能處理這么多資料了，
TCP滑動視窗協議，視窗過大或過小有什么影響？
滑動視窗的大小對網路性能有很大的影響，
如果滑動視窗過小，極端的情況就是停止等待協議，發一個報文等一個ACK，會造成通信效率下降，
如果滑動視窗過大，網路容易擁塞，容易造成接收端的快取不夠而溢位，容易產生丟包現象，則需要多次發送重復的資料，耗費了網路帶寬，
Nagle演算法
Nagle演算法是為了避免網路中存在太多的小包（協議頭比例非常大）造成擁塞，Nagle演算法就是為了盡可能發送大塊資料，避免網路中充斥著許多小數據塊，
演算法如下：若發送應用行程要發送的資料逐個位元組地送到TCP的發送快取，則發送方就把第一個資料位元組先發送出去，把后面到達的資料位元組都快取起來，當發送方接收對第一個資料字符的確認后，再把發送快取中的所有資料組裝成一個報文段再發送出去，同時繼續對隨后到達的資料進行快取，只有在收到對前一個報文段的確認后才繼續發送下一個報文段，當資料到達較快而網路速率較慢時，用這樣的方法可明顯地減少所用的網路帶寬，Nagle演算法還規定，當到達的資料已達到發送視窗大小的一半或已達到報文段的最大長度時，就立即發送一個報文段，
它的主要職責是資料的累積，實際上有三個門檻：
1）緩沖區中的位元組數達到了一定量（超過閾值MSS）
2）等待了一定的時間（一般的Nagle演算法都是等待200ms）
3）緊急資料發送，
糊涂視窗綜合癥
設想一種情況：TCP接受方的快取已滿，而互動式的應用行程一次只從接收快取中讀取1位元組（這樣就使接收快取空間僅騰出1位元組），然后向發送方發送確認，并把視窗設定為1位元組（但發送的資料報是40位元組長），接著，發送方又發來1位元組的資料（請注意：發送方發送的IP資料報時41位元組長），接收方發回確認，仍然將視窗設定為1位元組，這樣進行下去，使網路的效率很低，
要解決這個問題，可以讓接收方等待一段時間，或者接收方快取已有足夠空間容納一個最長的報文段，或者等到接收快取已有一半空閑的空間，只要出現這兩種情況之一，接受方就發出確認報文，并向發送方通知當前的視窗大小，此外，發送方也不要發送太小的報文段，而是把資料積累成足夠大的報文段，或達到接收方快取的空間的一半大小，
上述兩種方法可配合使用，使得在發送方不發送很小的報文段的同時，接收方也不要在快取剛剛有一點小的空間就急忙把這個很小的視窗大小資訊通知給發送法方，
5.擁塞控制：當網路擁塞時，減少資料的發送，
1）原理：在某段時間，若對網路中的某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網路的性能就要變化，這種情況叫做擁塞，
2）方法：因特網建議標準RFC2581定義了進行擁塞控制的四種演算法，即慢開始（Slow-start）、擁塞避免（CongestionAvoidance）、快重傳（Fast Restrangsmit）和快恢復（Fast Recovery），
慢開始：一開始先將阻塞視窗的cwnd設定為一個最大報文值（目的是試探一下網路的擁塞情況），每次收到一個對新報文段的確認后，把擁塞視窗增加至多一個MSS的數值，用這樣的方法逐步增大發送方的擁塞視窗cwnd，可以使分組注入到網路的速率更加合理，
為了防止擁塞視窗cwnd增長過大引起網路阻塞，還需要設定一個慢開始門限ssthresh狀態變數（如何設定ssthresh），慢開始門限ssthresh的用法如下：
當cwnd < ssthresh時，使用上述的滿開始演算法，
當cwnd > ssthresh時，停止使用慢開始演算法而改用擁塞避免演算法，
當cwnd = ssthresh時，即可使用慢開始演算法，也可使用擁塞避免演算法，
擁塞避免：讓擁塞視窗cwnd緩慢地增長，即每經過一個往返時間RTT就把發送方的擁塞視窗cwnd加1，而不是加倍，這樣擁塞視窗cwnd按線性規律緩慢增長，比慢開始演算法的擁塞視窗增長速率緩慢的多，無論在慢開始階段還是在擁塞避免階段，只要發送方判斷網路出現擁塞（其根據就是沒有收到確認），就要把慢開始門限ssthresh設定為出現擁塞時的發送方視窗值的一半（但不能小于2），然后把擁塞視窗cwnd重新設定為1，執行慢開始演算法，這樣做的目的就是要迅速減少主機發送到網路中的分組數，使得發生擁塞的路由器有足夠的時間把佇列中積壓的分組處理完畢，
3）擁塞：交換節點（如路由器）資料報負載國中的現象，ICMP源站抑制報文，是一種被動機制，
4）必要性：在TCP層，擁塞造成時延增加，這又會造成超時重傳，控制不當會進一步加重擁塞，TCP采用了一種主動控制機制，
5）擁塞控制技術
a. 擁塞視窗 cwnd
每個連接都有一個擁塞視窗，該視窗大小以位元組為單位，但是增加和減少以MSS為單位；
初始大小：1個MSS；臨界值：64KB；
發送方維護一個擁塞視窗（cwnd），擁塞視窗的大小取決于網路的擁塞程度，并且動態地在變化，發送方讓自己的發送視窗等于擁塞，
擁塞視窗的原則：只要網路沒有出現擁塞，擁塞視窗就在增大一些，一邊把更多的分組發送出去，但只要網路出現擁塞，擁塞視窗就減少一些，以減少注入到網路中的分組數，
b. 加速遞減技術
指數級遞減：出現超時重傳時，將臨界值設為當前擁塞視窗的1/2，擁塞視窗恢復為1個MSS大小；
指數退避：對保留在發送視窗中的報文段，將重傳時限加倍；
c. 慢啟動技術
指數遞增：每次成功發送一個MSS長度的報文段（成功發送是收到對應的確認），則發送方擁塞視窗加倍；
線性遞增：增長到臨界值后，每次增加一個MSS；
發送視窗=min（接受方視窗通告，cwnd）
總結一下：
1、在傳遞資料之前，會有三次握手來建立連接，
2、應用資料被分割成TCP認為最適合發送的資料塊（按位元組編號，合理分片），這和UDP完全不同，應用程式產生的資料報長度將保持不變，（將資料截斷為合理的長度）
3、當TCP發出一個段后，它啟動一個定時器，等待目的端確認收到這個報文段，如果不能及時收到一個確認，將重發這個報文段，（超時重發）
4、當TCP收到發自TCP連接另一端的資料，它將發送一個確認，這個確認不是立即發送，通常將推遲幾分之一秒，（對于收到的請求，給出確認回應）（之所以推遲，可能是對包做完整校驗）
5、TCP將保持它首部和資料的校驗和，這是一個端到端的校驗和，目的是檢測資料在傳輸程序中的任何變化，如果收到段的校驗和有差錯，TCP將丟棄這個報文段和不確認收到此報文段，（校驗出包有錯，丟棄報文段，不給出回應，TCP發送資料端，超時時會重發資料）
6、既然TCP報文段作為IP資料報來傳輸，而IP資料報的到達可能會失序，因此TCP報文段的到達也可能會失序，如果必要，TCP將對收到的資料進行重新排序，將收到的資料以正確的順序交給應用層，（對失序資料進行重新排序，然后才交給應用層）
7、既然IP資料報會發生重復，TCP連接的接收端必須丟棄重復的資料，（對于重復資料，能夠丟棄重復資料）
8、TCP還能提供流量控制，TCP連接的每一方都有固定大小的緩沖空間，TCP的接收端只允許另一端發送接收端緩沖區所能容納的資料，這將防止較快主機致使較慢主機的緩沖區溢位，（TCP可以進行流量控制，防止較快主機致使較慢主機的緩沖區溢位），TCP使用的流量控制協議是可變大小的滑動視窗協議，
9、TCP還能提供擁塞控制，當網路阻塞時，減少資料的發送，
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/qita/6700.html
標籤：其他
下一篇：前端面試題及答案（一）