TCP的“可靠性”(上)

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TCP的"可靠性"(上)

想必大家都或多或少的听说过TCP的特性:有连接,可靠传输,面向字节流,全双工

本文重点讲讲TCP的"可靠性"

网络通信过程是复杂的,无法确保发送方发送出去的数据,100%能够到达接收放。

此处可靠性,只能"退而求其次",只要尽可能的去进行发送了,发送方能够指定对方是否收到,就认为是可靠传输了。

网上很多帖子说:"TCP的可靠性是因为三次握手四次挥手"

这个说法是很不准确的,因为三次握手四次挥手只有初次建立连接的时候才会,但是可靠性是整个过程都可靠,那靠的什么呢?

用来确保可靠性,最核心的机制,称为"确认应答"

确认应答(可靠性传输的基础)

确认应答就是:句句有回应!

比如:银角大王每次像金角大王发出请求,金角大王都有响应

但是上述的时序有些过于理想了,实际上网络传输过程中,经常会出现"后发先至"情况

为什么网络中会出现"后发先至"情况呢?

一个数据包从发送方到接收方过程中走的路线可能不一样

第一个数据包,走路线一,第二个数据包走路线二

有可能路线二非常通畅,路线一堵车了,第二个数据包虽然发的迟,但是能先到!!

如果出现后发先至的情况,再去理解这里的含义就会出现问题了!

为了解决上述问题,引入了序号和确认序号,对于数据进行编号,应答报文里就告诉发送方说,我这次应答的是哪个数据

这只是简化版本的模型,真实的TCP的情况要更复杂一些。

TCP是面向字节流的,以字节为单位进行传输的,没有"一条两条"的概念

实际上,TCP的序号和确认序号都是以字节来进行编号的

应答报文中的确认序号,是按照发送过去的最后一个字节的序号再加上1来进行设定的


超时重传

超时重传是确认应答的补充

如果一切顺利,通过应答报文就可以告诉发送方,当前数据是不是成功收到

但是,网络上可能存在"丢包"情况。如果数据包丢了,没有到达对方,对方自然也没有ack报文了。

这个情况下,就需要超时重传了

TCP可靠性就是在对抗丢包(期望在丢包客观存在的背景下,也能够尽可能的把包传过去)
发送方发了个数据之后,要等

等的时间里,收到了ack(数据报在网络上传输,需要时间)

如果等了好久,ack还没等到,此时发送方就认为数据的传输出现丢包了

当认为丢包之后,就会把刚才的数据包再传输一次(重传)

等待的过程有一个时间的阈值(上线),就是(超时)
为啥会存在"丢包"?

网络中的路由器/交换机,不仅仅是给你这一次通信提供服务,还要能支持千千万万的主机之间的通信

整个网络中,就可能存在,某个路由器/交换机,某个时刻,突然负载量很高,短时间内可能有大量的数据包要几个这个设备转发。这个时候,如果瞬间的高负载超出了这个设备能转发的数据量的极限,多出来的部分,就无了,就被设备丢包了。

当然,没收到ack不一定就是丢包了,也可能是数据到达了,ack丢了

所以,这里要分情况讨论:

1.丢包了(数据包丢了)

这种情况接收方本身没有收到数据,此时你重传理所应当,没有任何问题

2.ack丢了

数据已经被接收方B接收了,但是B返回的ack丢了

此时发送到再传输一次,同一份数据,B就会收到两次

试想一下,如果发的请求是扣款请求呢??这是肯定不行的

TCP socket再内存中存在接收缓冲区(一块内存空间)

发送方发来的数据,是要首先放到接收方缓冲区中,然后应用程序调用read/sanner.next才能读到数据,这里的读操作其实是读接收缓冲区。

【缓冲区的应对方案】

  • 1)去重

当数据到达接收缓冲区的时候,接收方首先会判断一下看当前缓冲区是否已经有这个数据了(或者这个数据曾经在接收缓冲区中存在过)

如果已经存在或者存在过,就直接把重复发来的数据就丢弃了

就能确保不会出现重复数据了

接收方如何判定这个数据是否是 "重复数据"

核心判定依据:【数据的序号】

  1. 数据还在接受缓冲区里,还没被 read 走。 此时,就拿着新收到的数据的序号,和缓冲区中的所有数据的序号对一下,看看有没有一样的。有一样的就是重复了,就可以把新收到的数据丢弃了。
  2. 数据在接受缓冲区中,已经被应用程序给 read 走了,此时新来的数据序号直接无法再接受缓冲区查到
    注意!!应用程序读取数据的时候,是按照序号的先后顺序,连续读取的!! 先读 1 - 1000 1001 - 2000
    2001 - 3000 一定是先读序号小的数据后读序号大的数据的(可以把接收缓冲区这个队列想象成带有优先级的阻塞队列)
    此时socket api 中就可以记录上次读的最后一个字节的序号是多少
    比如上次读的最后一个字节的序号是 3000
    新收到一个数据包的序号是 1001,这个 1001 一定是之前已经读过的了,这个时候同样可以把这个新的数据包判定为 "重复的包"
    直接丢弃了。
    上述谈到的,ack,重传,保证顺序,自动去重,都是 TCP 内置的。使用 TCP 的 api 的时候outputStream.write ()

只需要调用一个这样的简单代码,上述功能就都自动生效了~~程序员需要操的心就少多了。 如果使用 UDP,上述这些问题就都得好好考虑考虑。

超时是会重传,但不是无限的重传,有一定的策略的

  1. 重传次数是有上限的。重传到一定程度,还没有 ack,就尝试重置连接,如果重置也失败,就直接放弃连接。
  2. 重传的超时时间阈值也不是固定不变的,随着重传次数的增加,而增大(重传频率越来越低)

连接管理(三次握手,四次挥手)

后续内容,在我的下一篇文章中有讲到:【TCP的"可靠性"(下)------三次握手四次挥手】

建立连接: 客户端执行 :socket=new Socket(serberIp,serverPort)这个操作就是在建立连接

上述只是调用 socket API ,真正连接建立的过程,是在操作系统内核完成的

建立连接(三次握手)

此处的连接是"虚拟的,抽象的"连接,目的是让通信双方都能保存对方的相关信息

断开连接(四次挥手)

断开连接的本质目的,就是为了把对端的信息从数据结构中给删除掉 / 释放掉。

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