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TCP可靠性传输

news 来源：原创 2025/5/7 12:48:29

TCP可靠性传输机制

确认重传排序流控

排序机制

分段 --- TCP是一款基于字节流的协议 --- 由传输层的TCP执行

MSS --最大段长度 --- TCP建立连接需要协商的参数 --- TCP在建立三次握手时前两个SYN报文中将携带该参数，并且双方的该参数允许不同，如果不同，将按照数值较小的执行。 --- MSS最大典型值为1460字节。

MTU --- 最大传输单元 --- 默认1500字节

分片 --- 由网络层的IP协议执行

序列号 --- TCP是基于“字节流" 的协议，这个序列号就是字节流的编号

确认机制

TCP为了保证对方能够收到本端发送的数据段的方法，使让对方回复一个确认报文段，这就是确认机制的做法。

确认序列号 --- 接收方期望收到发送方发送的下一个字节的序号 --- 累积确认

重传机制

超时重传

本端在一定时间内，没有收到对端反馈的确认报文而触发的重传机制。

RTO --- 超时重传时间

RTT --- 往返时间 --- 指的是发出端将数据发出后，到他接收到对端反馈的确认报文之后的这一段时间

如果RTO过长 --- 则会导致丢包之后，重传的效率降低，无法及时做出响应

如果RTO过短 --- 则会导致不必要的重传，导致网络负载增大

RTO的值在计算时，需要略大于RTT，因为RTT是一个可变化的值，所以RTO也是一个动态变化的值。

超时间隔加倍

原理

在 TCP 中，发送端发送数据后会启动一个定时器，若在超时时间内未收到接收端的确认应答（ACK），就会触发超时重传机制，重新发送未收到 ACK 的数据包。当超时重发的数据再次超时时，TCP 会将下一次的超时时间间隔设为先前值的两倍。例如，首次超时时间设为 1 秒，若重传后仍超时，下次超时时间就会变为 2 秒，再超时则变为 4 秒，以此类推，超时间隔呈指数增长。

作用

1、避免网络拥塞加剧：定时器过期很可能是由网络拥塞引起的，此时如果源持续重传分组，会使拥塞更加严重。通过超时间隔加倍，TCP 在网络不稳定时能够适当延长等待时间，以期待数据包能够成功传输，避免过早地重传数据，从而减少网络拥塞和带宽浪费。
2、适应网络变化：网络状况是动态变化的，报文往返时间（RTT）也会经常波动。超时间隔加倍可以让 TCP 根据网络的实际情况调整等待时间，在网络延迟较大或出现丢包时，给予足够的时间让数据传输成功，提高数据传输的成功率和效率。

快速重传

失序报文

接收方收到一个数据段中的序列号大于自己期望的序列号，这样的报文就是一个失序报文。

冗余ACK --- Duplicate ACK

原因：

在 TCP 数据传输过程中，接收方会对收到的数据包进行确认，并向发送方发送 ACK。当发送方收到的 ACK 不是按顺序的下一个期望的 ACK 时，就会产生冗余 ACK。例如，发送方按顺序发送了 1、2、3、4 号数据包，接收方收到了 1 号数据包，会发送 ACK1；如果接收方接着收到了 3 号数据包，由于 2 号数据包丢失，接收方会再次发送 ACK1，这个重复的 ACK1 就是冗余 ACK。

作用：

1、检测丢包：冗余 ACK 的出现是数据包丢失的一个重要信号。发送方通过接收冗余 ACK，可以快速判断出有数据包在传输过程中丢失，而不必等待超时定时器超时后才进行重传，从而加快了重传的速度，减少了数据传输的延迟。
2、触发快速重传：TCP 规定，当发送方连续收到三个相同的冗余 ACK 时，就会认为相应的数据包丢失了，立即触发快速重传机制，而不等待超时。例如，发送方收到了三个 ACK1，就会马上重传 2 号数据包，而不是等到超时时间到了才重传，这样可以更快地恢复丢失的数据，提高数据传输的效率。

选择确认机制（SACK）

在快速重传机制中，接收方在回复冗余ACK时，里面将携带自身已经收到的数据信息，避免重复发送，造成资源浪费。

工作过程

1、SACK 选项协商：在 TCP 连接建立时，通信双方通过在 SYN 报文中携带 SACK 选项来协商是否启用 SACK 机制。如果双方都支持 SACK，那么在后续的通信过程中就可以使用该机制。
2、数据接收与确认：当接收方收到数据时，它会检查接收到的数据段的序号，并将已接收的数据段的边界信息记录在 SACK 选项中。例如，接收方收到了序号为 1 - 1000、3001 - 4000 和 5001 - 6000 的数据段，那么它会在确认报文中通过 SACK 选项告知发送方这些不连续的数据段已经被接收。
3、发送方重传：发送方根据接收方发送的带有 SACK 选项的确认报文，得知哪些数据段已经被成功接收，哪些数据段丢失。然后，发送方只重传丢失的数据段，而不是像传统的 TCP 重传机制那样重传从丢失点开始的所有后续数据。

三次握手的可靠性保障

第一个SYN报文丢失 --- 这个报文发送后，客户端进入SYN_SENT状态等待服务器回复ACK。如果这个报文丢失，客户端没有等到回复，超过了RTO超时时间，则触发超时重传机制，客户端再次发送SYN，两次发送内容完全一样。因为是第一次发送数据包，则RTO超时时间的值为定义值，推荐时间为1S。如果再次丢失则触发超时间隔加倍，超时时间RTO为2RTO。如若一直丢失，系统会设置最大重传次数，达到最大重传次数则关闭TCP连接。

第二个SYN+ACK报文丢失 --- 这个报文具有双重作用，一方面对之前SYN进行确认ACK，另一方面本身发送SYN进行请求建立连接。一旦丢失，客户端收不到确认包导致客户端认为自己出现问题进行超时重传，并且服务器收不到客户端发送的ACK也会怀疑自身SYN丢失并触发超时重传机制。两端如果都达到超时重传的最大次数，则都会关闭连接进入CLOSE状态。

第三个ACK报文丢失 --- 在发送这个报文后客户端已经处于ESTABLISHED建立完成状态，而服务器还在等待客户端的ACK，服务器等不到认为自己出现问题触发超时重传机制并再次发送SYN+ACK报文，如果服务器收到客户端ACK则进入建立完成阶段，如果收不到待达到最大重传次数则服务器关闭连接

四次挥手的可靠性保证

与三次握手类似