TCP协议之可靠传输

比眉伴天荒 2023-10-16 11:38 50阅读 0赞

## TCP协议二 ##

主要介绍TCP的核心部分–可靠传输，可靠传输是通过确认应答+超时重传来进行体现的

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#### 文章目录 ####

*  TCP协议二
 *  1.确认应答(ACK)
 *  2.超时重传
 *  总结

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## 1.确认应答(ACK) ##

1.TCP的可靠传输，是怎么做到可靠的，**首先来理解这个"可靠"**，**"可靠"并不意味着发送方100%能把消息发送给接方**，**这里的"可靠"是指尽可能将数据传输过去，即使发送失败，也要知道发不出去**。

> 比如你物理断网(拔网线)，不管TCP如何可靠，消息都发不出去，

![在这里插入图片描述][83dd18dd5d734121abf10ac391dc6854.png]

2.实现可靠传输的最核心机制是确认应答机制，**以发消息为例，来解释说明确认应答机制(ACK)**

> A给B发消息，请B吃饭，当A收到"好啊好啊"的时候，A就知道，我发的消息已经被B收到了，说明此时的消息没有丢包

1.这里的"好啊好啊"，就被称为"应答报文"，也叫做ack，是acknowledge的缩写(应答),如果隔半天，没有收到回应，则说明可能是丢包了(不考虑已读不回的情况)

![在这里插入图片描述][4fef307f03794f8e8670f5cf1a26ac4e.png]

> 上面这个发消息的案例，就简单描述了TCP如何进行可靠传输，TCP的可靠传输主要是靠这个确认应答机制。生活中这种应答机制随处可见，比如打电话，打电话就相当于可靠传输

2.再考虑复杂的情况，A可能一次不止发一条信息，可能连续发好几条消息,当网络正常时，这个消息是没有问题的

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> 但是网络上会出现"后发先至"，在这种情况下，数据就会出现变数，例如会出现以下情况

![在这里插入图片描述][dc04d3895c8a432ba5b283181be3ec0f.png]

> 很显然在这个情况下，这里的应答出现了错误，此时表示的含义就出现了歧义。

3.在网络中后发先至这个情况是客观存在，并且是无法避免的，所以为了解决这个问题，从而提出了给传输数据和应答报文都进行编号的方法。

> 类似以下形式，1为序号，针对1为确认序号，这样即使顺序乱，也可以通过序号进行分类

![在这里插入图片描述][19eb3766e83a4191897fe6222d90a6f4.png]

> 但是以上只是一个举例，实际上TCP的序号并不是"一条两条"这样的方式来进行编号，TCP是面向字节流的，TCP的序号也是按照字节来编号的

![在这里插入图片描述][84d896fadf11472bbf696e9ba0478fcf.png]

> 当A向B发送数据，发送的第一条数据是1000字节，假设从1开始编号，此时第一个字节序号就是1，第二个字节序号就是2，以此类推，但是由于这1000个字节都属于同一个TCP报文，所以TCP报头里只需要记录当前第一个字节的序号，所以此处的报头的序号写的是1；

> 当发送第二条数据，此时第二个TCP数据报头第一个字节序号就是1001，长度依旧为1000，此时最后一个字节序号是2000，但是1001-2000都属于一个TCP数据报，报头只需要写1001即可；

![在这里插入图片描述][f1afae99475d48fd81ff77d4e0413218.png]

> 这里需要说明的是，TCP的字节的序号是依次累加的，所以每个TCP数据报报头填写的序号只需要写TCP数据的第一个字节序号，TCP知道第一个字节序号，再根据TCP报文长度，就可知道每一个字节的序号。

4.**总结**:TCP可靠传输能力，最主要就是通过确认应答机制来保证的，通过应答报文，就可以让发送方清楚的知道传输是否成功，进一步的引入序号和确认序号，针对多组数据进行详细的区分。

## 2.超时重传 ##

1.在确认应答中，只讨论了顺利传输的情况，但是在实际的情况下，会有传输失败的情况，从而产生了"丢包"。

2.这里的丢包涉及到两种情况**1.发送的数据丢失 2.返回的ack丢失**，**但是发送方能看到的是:没有收到ack，无法区别是那种情况，所以发送方会把这两种情况视为一种情况。**

3.对于丢包问题，TCP并没有放弃，而是引入超时重传，即对在一定时间内没有收到确认应答(ack)，发送端就可以认为数据已经丢失，并进行重发，这样即使发生了丢包，但仍然能够保证数据到达对端，实现可靠传输

4.对于超时重传一般会有两种情况:

1.数据丢包，在超过一定时间后，发送端进行重传数据

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2.数据没有丢包，而是确认应答在传输中丢包，在超过一定时间后，发送端进行重传数据

![在这里插入图片描述][5cf98d5b3209454f999e9122a319c102.png]

在第二种情况中，数据(1-1000)发送了两遍，这个事情是比较恐怖，因为如果这个数据是一个支付请求，然后这个请求请求了两遍，后果可想而知，TCP对于这种重复传输的数据，还会特殊的处理 —**去重**。

> 在TCP中存在一个"接受缓冲区"的存储空间(这个存储空间一般在接收方操作系统内核中)，每一个TCP的socket对象中，都有一个"接收缓冲区"（也有一个"发送缓冲区")

> 当主机B收到主机A的数据，其实是B的网卡读到了数据，然后将这个数据写入到B主机中对应的socket的接收缓冲区，可以想象成一个阻塞队列，这个队列会根据数据的序号，去识别这两条数据是否重复，如果重复，则将后面的数据丢弃

前面也说了网络中存在"先发后至"的情况，为了解决这个问题，TCP引入**重新排序机制**，TCP在使用接受缓存区的时候，会对收到的数据进行重新排序，从而保证数据有序

5.**去重和重新排序机制使得TCP协议具有很好的可靠性。发送方只要发现ACK没有按时到达，就会重传数据，即使数据重复或顺序乱，接收方都可以很好地处理**

6.值得注意的是:超时重传是由一定次数限制的(至于具体重传几次，不用研究)，所以当重传到一定次数时，就不会在继续重传，会认为网络出现故障，TCP会尝试重置连接即断开重连，如果仍然失败，就彻底断开连接

在重传还需要明白的是:第一次重传和第二次重传的超时时间间隔是不一样的，**一般来说，重传的轮次越大，超时时间间隔就越大**，因为重传次数越多，说明重传成功的概率就越小，即使重传太快也只是浪费系统资源

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## 总结 ##

可靠传输是TCP最核心的部分，**TCP的可靠传输是通过确认应答+超时重传来进行体现的**，确认应答描述的是传输顺利的情况，超时重传描述的是传输出现问题的情况，这两者相互配合，支撑TCP可靠性。

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