和UDP這種“滾珠”式的協(xié)議不同（一份數(shù)據(jù)就是一個(gè)udp packet），TCP以報(bào)文段的方式傳遞數(shù)據(jù)，其大小受網(wǎng)絡(luò)鏈路的限制。在SYN報(bào)文段中互相通告最大報(bào)文段長(zhǎng)(MSS)。所以業(yè)務(wù)層交付的數(shù)據(jù)，會(huì)被TCP拆分/合并為合適的報(bào)文段（這也就是為嘛TCP數(shù)據(jù)跟水流似的，沒(méi)有邊界）。

　　對(duì)于每個(gè)報(bào)文段而言，就很像UDP的“滾珠”了，不保證順序、不保證到達(dá)。TCP要對(duì)收到的報(bào)文重新排序，再才交給應(yīng)用層。發(fā)出一個(gè)報(bào)文段后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，等待對(duì)端ACK確認(rèn)收到，否則將重傳該報(bào)文。由于重傳機(jī)制，報(bào)文段可能發(fā)生重復(fù)，接收端須丟棄重復(fù)報(bào)文。借此TCP實(shí)現(xiàn)了自己的可靠性。

　　那如何高效實(shí)現(xiàn)此可靠性的呢？

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　　【ack確認(rèn)】

　　首先是ack的設(shè)計(jì)，最直白的方式：跟我們平時(shí)寫(xiě)異步IO很相似，發(fā)送一份數(shù)據(jù)，等待對(duì)方確認(rèn)，再發(fā)下一份。

　　由于TCP是雙全工的，兩端都可有數(shù)據(jù)交互，對(duì)端的ack可以合并至其正常報(bào)文段中，減少交互量。此即：“經(jīng)受延時(shí)的確認(rèn)”——通常TCP在接收到數(shù)據(jù)時(shí)并不立即發(fā)送ACK；相反，它推遲發(fā)送，以便將ACK與需要沿該方向發(fā)送的數(shù)據(jù)一起發(fā)送。

　　再者，ACK是確認(rèn)收到的字節(jié)序，未必每一條報(bào)文都須ACK，可一次ACK多條數(shù)據(jù)。比如連續(xù)收到兩個(gè)報(bào)文段“PSH 1:1025; PSH 1025:2049”，只需回復(fù)一條“ack 2049”即可。“隔一個(gè)報(bào)文段確認(rèn)”策略——接收方不必確認(rèn)每一個(gè)收到的分組，ACK是累積的，它們表示收方已正確收到了一直到確認(rèn)序號(hào)減一的所有字節(jié)。

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　　【快速重傳】

　　如果數(shù)據(jù)丟失/錯(cuò)誤，每次都等超時(shí)才重傳會(huì)慢。

　　收到一個(gè)失序報(bào)文段（前面一條丟失/錯(cuò)誤/暫未抵達(dá)），TCP立即產(chǎn)生一個(gè)ack（重復(fù)的，且不被延時(shí)），如果發(fā)方連續(xù)收到3(或以上)次相同的ack，就非常可能是報(bào)文段丟失/錯(cuò)誤，于是重傳報(bào)文段，不必等timeout。

　　（PS：為什么是3次，查資料說(shuō)是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，連續(xù)3次，即表示嫌疑報(bào)文后的兩條報(bào)文都正在到達(dá)對(duì)端了，由于由于鏈路層的失序造成的時(shí)差幾乎不可能如此劇烈，可以認(rèn)為是丟了或校驗(yàn)出錯(cuò)）

　　還有重傳哪些報(bào)文段的問(wèn)題。譬如連續(xù)發(fā)生5條報(bào)文，第二條丟了，其它均到達(dá)，發(fā)方收到4個(gè)ack(2)，僅知道2號(hào)報(bào)文必須重傳，3/4/5號(hào)是不清楚的（某些TCP實(shí)現(xiàn)采用的是重傳丟包后的所有報(bào)文）。

　　可在TCP包頭中加入SACK，匯報(bào)收到的數(shù)據(jù)碎片，這樣發(fā)送端就可知道哪些數(shù)據(jù)到了，哪些是丟了。還是剛才的例子，發(fā)方仍收到4個(gè)ack(2)，多了sack：sack(1, 3-5)。

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　　【Nagle算法和滑動(dòng)窗口】

　　其次，我們是有寬帶的，要是用戶(hù)讓發(fā)多少就發(fā)多少，會(huì)很浪費(fèi)。好像200人的航班帶兩個(gè)人飛過(guò)。解決方案也很簡(jiǎn)單：

　　一、限制小包的數(shù)目（Nagle算法，連接上最多只能有一個(gè)未確認(rèn)的小分組，該分組的ack到達(dá)之前不能發(fā)送其他小分組了，算法是自適應(yīng)的，收到的ack越快發(fā)的就越快）；

　　二、上buffer，緩存用戶(hù)數(shù)據(jù)，再分發(fā)成塊交給IP層傳輸，相應(yīng)的對(duì)端也要要個(gè)接收buffer，兩片buffer配合工作，保證收發(fā)正確性。

　　這就是TCP最大特征的“滑動(dòng)窗口”了。

　　每條報(bào)文段的TCP頭部中都會(huì)通告當(dāng)前窗口大小，發(fā)送端據(jù)此得知可預(yù)留多少字節(jié)的buffer給應(yīng)用層。具體工作流程如下圖（請(qǐng)忽略字體，多謝）：

　　通告窗口為0，顯示接收方雖已收到所有數(shù)據(jù)，但其應(yīng)用層尚未及時(shí)從TcpRecvBuff中讀取，發(fā)方會(huì)停止發(fā)送。

　　Zero Window下，應(yīng)用層讀取數(shù)據(jù)后，窗口重新空閑，要通知發(fā)送方（窗口更新）。一個(gè)單獨(dú)的主動(dòng)ack，不確認(rèn)數(shù)據(jù)，僅報(bào)告新的窗口大小。

　　

　　【堅(jiān)持定時(shí)器】

　　“單獨(dú)的主動(dòng)ack”，跟一般的ack不一樣，還記得一般得ack丟了怎么重傳的嗎？那這貨丟了怎么辦？

　　TCP四大定時(shí)器（重傳、堅(jiān)持、保活、2MSL）之堅(jiān)持定時(shí)來(lái)搞定。

　　Zero Window后，發(fā)方停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并設(shè)置其堅(jiān)持定時(shí)器，若超時(shí)前仍未收到窗口更新，則發(fā)送一個(gè)特殊的探查報(bào)文，獲知對(duì)端窗口大小。探查含1字節(jié)，但不被ack確認(rèn)，會(huì)一直重復(fù)。

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　　【糊涂窗口綜合征】

　　好，我們有了Nagle算法，有了滑動(dòng)窗口，是不是就完全搞定了寬帶高效利用呢？

　　考慮這樣一種場(chǎng)景，Zero Window后，收方應(yīng)用程序每次僅拷走1個(gè)字節(jié)，觸發(fā)窗口更新，ack win 1，發(fā)方窗口右邊沿更新，發(fā)送了1字節(jié)數(shù)據(jù)，停止，等下一波窗口更新……loop（PS：實(shí)際不可能只是1字節(jié)，tcp頭都20字節(jié)）

　　相應(yīng)的解決方案：

　　　　1）接收方不通告小窗口，除非窗口增加至MSS(最大報(bào)文段長(zhǎng))，或增加到接收方緩沖空間的一半。

　　　　2）發(fā)送方只在下列條件之一滿(mǎn)足時(shí)才發(fā)數(shù)據(jù)：

　　　　　　(a) 可以發(fā)送一個(gè)滿(mǎn)長(zhǎng)度的報(bào)文段

　　　　　　(b) 可以發(fā)送至少接收方窗口大小一半的報(bào)文段

　　　　　　(c) 無(wú)未被確認(rèn)的數(shù)據(jù)，且能夠發(fā)送所有緩沖數(shù)據(jù)

　　　　　　(d) 連接關(guān)閉了Nagle算法

　　

　　【擁塞避免、慢啟動(dòng)】

　　還有問(wèn)題嗎？之前由于寬帶利用問(wèn)題，我們要滑動(dòng)窗口，避免頻繁發(fā)小包；類(lèi)似的，由于路由問(wèn)題，我們還得避免不要太粗暴。

　　假設(shè)連接建立起始（窗口均空閑）便發(fā)送大量數(shù)據(jù)，塞滿(mǎn)網(wǎng)絡(luò)，而鏈路速率較慢——中間路由器就必須緩存分組了，一旦路由存儲(chǔ)空間耗盡，后來(lái)的分組會(huì)被直接丟棄，TCP吞吐量便隨之嚴(yán)重降低了。

　　“慢啟動(dòng)、擁塞避免”上場(chǎng)——擁塞窗口(congestion window，記作cwnd)，慢啟動(dòng)門(mén)限(ssthresh)。

　　

　　TCP連接建立時(shí)，ssthresh初始化為65535字節(jié)，擁塞窗口初始化為1個(gè)報(bào)文段(MSS)，每收到一個(gè)ack，cwnd便增加一個(gè)報(bào)文段大小。發(fā)送方取min（擁塞窗口，滑動(dòng)窗口）作為發(fā)送上限。

　　發(fā)方先發(fā)送一個(gè)報(bào)文段，等ack，收到后cwnd增加到2，可發(fā)兩個(gè)報(bào)文段。收到這兩個(gè)報(bào)文段的ack時(shí)，cwnd增加到4……指數(shù)增漲（慢啟動(dòng)）。

　　攀升到一定值后抵達(dá)網(wǎng)絡(luò)容量，中間路由丟棄分組，發(fā)方重傳定時(shí)器超時(shí)，知曉cwnd過(guò)大引起擁塞，cwnd被重設(shè)為1個(gè)報(bào)文段，ssthresh則被設(shè)置為當(dāng)前cwnd的一半。

　　還有種擁塞指示：收到重復(fù)ack，比如中間某報(bào)文損壞。此時(shí)僅設(shè)置ssthresh =?cwnd/2，并不改寫(xiě)cwnd。

　　若 cwnd <=?ssthresh，則進(jìn)行慢啟動(dòng)，cwnd按指數(shù)更新；否則進(jìn)行擁塞避免，cwnd按線性方式增長(zhǎng)（每次ack增加1/cwnd，一個(gè)RTT內(nèi)最多增加一個(gè)報(bào)文段，無(wú)論期間受到多少個(gè)ack）。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/3workman/p/5738328.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《TCP/IP详解》之二：流式数据交互的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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