TCP 可靠传输机制详解

TCP 可靠传输是 TCP 协议的核心特性，确保数据在不可靠的网络环境中能够正确、有序、无丢失地传输。

可靠传输的保障机制

1. 序列号和确认应答

• 序列号（Sequence Number）：每个字节都有唯一的序列号，标识数据在流中的位置
• 确认应答（ACK）：接收方收到数据后发送 ACK，确认已收到的数据
• 累积确认：ACK 号码表示期望收到的下一个字节序列号
• 作用：确保数据按序到达，检测丢失的数据包

2. 重传机制

超时重传（RTO）

• RTO 计算：基于 RTT（往返时间）动态计算，通常 RTO = RTT + 4 × RTT 方差
• 触发条件：发送数据后，在 RTO 时间内未收到 ACK
• 指数退避：每次重传后，RTO 加倍，避免网络拥塞时频繁重传

快速重传

• 触发条件：收到 3 个重复 ACK
• 优势：不等待 RTO 到期，立即重传丢失的报文段
• 效率：比超时重传更快恢复数据传输

3. 校验和

• 计算范围：TCP 首部、数据和伪首部（包含 IP 地址等）
• 作用：检测数据传输过程中的错误
• 处理：校验和错误时，直接丢弃报文段，不发送 ACK

4. 数据排序

• 问题：网络中数据包可能乱序到达
• 解决：接收方根据序列号重新排序
• 缓存：乱序到达的数据先缓存，等待缺失数据到达后一起交付应用层

5. 流量控制

• 滑动窗口：接收方通告可用缓冲区大小
• 防止溢出：避免发送方发送过快导致接收方缓冲区溢出

6. 拥塞控制

• 慢启动：逐步增加发送速率
• 拥塞避免：线性增长，避免网络拥塞
• 快重传和快恢复：快速响应丢包，恢复传输

可靠传输的权衡

• 延迟 vs 可靠性：重传机制增加延迟，但提高可靠性
• 效率 vs 安全：校验和增加开销，但确保数据完整性
• 吞吐量 vs 稳定性：拥塞控制降低吞吐量，但保持网络稳定

相关问题

• TCP 如何处理乱序到达的数据包？
• RTO 如何动态计算和调整？
• 为什么需要快速重传机制？