TCP可靠传输和流量控制
文章目录
一、前言
今天，我们来深入探索关于TCP可靠传输的详细过程 以及流量控制~
二、TCP可靠传输
无论协议怎样天花乱坠，可靠传输的本质 还是超时重传
2.1 停止等待ARQ协议
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ARQ（Automatic Repeat-reQuest）自动重传请求
发送包和确认包不是一个包哦~
- 若有包重传很多次还是失败，系统是不会一直重传的，这取决于系统的设置，当超出一定次数还未成功时，就会发送RST报文，断开连接。
2.2 连续ARQ协议 + 滑动窗口协议
在上述ARQ协议中，可能会出现一个问题：CPU运转过快，但是网络IO（数据逐段的发送确认）过慢的情况，会有大量时间在等待数据包。而连续ARQ协议 + 滑动窗口协议就可以有效地规避这个问题。
其中，M1、M2...都是数据包，而窗口的大小并非取决于发送端A，而是B在和A建立连接时，就把A的接收能力告知A，从而确定窗口大小。
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如果接收窗口最多能接4个包，但发送方只发了2个包
- 接收方等待一段时间后，没有收到第3个包（确认包），就会返回确认收到2个包给发送方
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每个包多大呢，每个确认编号如何编址
建立连接的时候会进行确认
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序号和确认号
- 在传输过程的每一个字节都会有一个编号
- 在建立连接后，序号 表示，这一次 传给对方的TCP数据部分的第一个字节的编号
- 在建立连接后，确认号 代表，期望对方下一次 传过来的TCP数据部的第一个字节的编号
4.3 选择性确认（SACK）
像上面的图那样，如果出现发送序列的某个数据包丢失（5、6、7、8都发，但是7丢失了），TCP会通过重传最后确认的分组发后续分组（确认的是6，会重传7），这样就会造成已经正确传输的分组（8）重复发送，降低了TCP性能。这个时候，选择性确认机制应运而生。
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发展出了SACK（Selective acknowlegement，选择性确认）技术
- 告诉了发送方哪些数据丢失，哪些数据已经提前收到
- 使TCP重新发送丢失的包 （比如7），不用发送后续的所有分组（8）
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SACK信息会放在TCP首部的的选项部分
确认号只能确认边界。这个时候，在TCP协议头中，有一个长度可变的选项字段（最多40字节），就起到了决定性的作用了。
- Kind：占1字节。值为5代表这是SACK选项（后面的数据使用的是选择重传机制）
- Length：占1字节。表明SACK选项一共占用多少字节
- Left Edge：占4字节，左边界
- Right Edge：占4字节，右边界
- 一对边界信息需要占用8字节，由于TCP首部的选项部分最多40字节
- SACK选项最多携带4组边界信息
- SACK选项的最大占用字节数：4 * 8 + 2 = 34
- 滑动窗口有大小限制，这和接收方有关
为什么选择在传输层将数据分成多个段，而不是等到网络层分片传递给数据链路层？
可靠传输是在传输层进行控制的
- 如果在传输层不分段，一旦出现数据丢失，整个传输层的数据都得重传
- 如果在传输层分了段，一旦出现数据丢失，只需要重传丢失的那些段即可，提高了效率
三、TCP流量控制
应用程序可能正忙于其他任务，并不一定能够立刻取走数据，客户端持续发送大量数据，接收端缓存（recv-Q）会溢出，造成数据丢失
TCP应用程序提供了流量控制 （Flow Control），以解决因发送方发送数据太快而导致接收方来不及接收，造成接收方的接收缓存溢出的问题。
3.1 定义
让发送方的发送速率不要太快，让接收方来得及接收处理
3.2 基本情况
基本方法：接收方根据自己的接收能力（接收缓存的可用空间大小）控制发送方的发送速率、
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通过确认报文中窗口字段来控制发送方的发送速率
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发送方的发送窗口大小不能超过接收方给出窗口大小
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当发送方收到接收窗口的大小为0时，发送方就会停止发送数据
万一又有空间了呢？你都不发了，你怎么知道它什么时候有空间呢？
rwnd：receive window
一开始的发送窗口400是待发送区，因为一次发送可能不能全部占满，就会有一个发送区
所谓的1，2，3等都是数据段
窗口的收缩就是流量控制的生动体现
所谓市面上限速的软件都是应用了窗口的原理
3.3 特殊情况
针对3.2中的特殊问题而产生的一种特殊情况：
一开始，接收方给发送方发送了0窗口的报文段，后面，接收方又有了一些存储空间，给发送方发送的非0窗口的报文段丢失了，发送方的发送窗口一直为0，双方陷入僵局。
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解决方案
- 当发送方收到0窗口通知时，这时发送方停止发送报文
- 并且同时开启了一个定时器 ，隔一段时间就发个测试报文去询问接收方最新的窗口大小
- 如果接收的窗口大小还是为0，则发送方再次刷新启动定时器
即使是窗口从0变为非0，也不可能发送方就会立即发送数据的，可能此时恰好没什么可发的。
小练习
一开始窗口为4000字节，已经发送了2个1000字节，一个已经确认收到，另一个未确认（题目并未对此明确指出，因此不能确认其已丢失），也没说超时，此时窗口已经变为2000字节，因此最多只能再发1000字节，得解。
四、小结
TCP除了可靠传输和流量控制，还有一个拥塞控制，下一节见~