C++/java网络常见题目3_TCP如何实现可靠传输

TCP如何实现可靠传输

可靠：发送方发送的数据到达接收方的时候不会发生错误，不会丢失，不会重复，不会乱序！

 

• 差错检测（校验和）

1. 目的：检测数据在传输过程中是否发生变化。如果检验和出错，丢弃该报文段。（发送端超时重传）

• 接收端反馈（序列号和确认应答）

1. 序列号的目的：解决乱序问题，将数据以正确顺序送到应用层，提供确认应答的条件。
2. 确认应答信号ACK：当发送端将数据发出之后会等待接收端的确认应答。如果有确认应答，说明数据已经成功到达接收端主机了。反之，若没有收到确认应答，则数据包丢失的可能性比较大。

• 发送端重传（超时重传）

1. 当发送端迟迟没有等到接收端的确认应答，则可能丢失数据包。                                                                                              数据包丢失的原因两种：（1）发送端的数据包丢失，没有到达接收端,；（2）接收端的确认应答信号ACK丢失。
2. 超时重传机制：简单理解就是发送端在发送完数据后等待一个特定时间，时间到达没有接收到确认应答信号ACK，那么对刚才发送的数据进行重新发送。
3. 如果针对发送端数据丢失，当超时重传后，接受端接受到二次重发的数据后，便进行确认应答信号ACK的发送。如果针对接收端的确认应答信号ACK丢失，当再次收到该数据报文，会判断重复并将其丢弃，仍然发送确认应答信号ACK。
4. 超时重传计时器RTT：平均往返时延RTT=α×（旧的RTT）+（1-α）×（新的往返时延样本），1 ≤ α ＜ 1 典型的值为α为7/8.
5. 超时重发时间间隔RTO：RTO = β × RTT, β ＞ 1， 推荐是2

• 连接管理

1. 见博文：https://blog.csdn.net/zzhang_12/article/details/81285860

• 流量控制（滑动窗口）

1. 滑动窗口协议在在发送方和接收方之间各自维持一个滑动窗口，发送发是发送窗口，接收方是接收窗口，而且这个窗口是随着时间变化可以向前滑动的。它允许发送方发送多个分组而不需等待确认。TCP的滑动窗口是以字节为单位的。

2. 发送窗口中有四个概念：（1）已发送并收到确认的数据（不在发送窗口和发送缓冲区之内）、（2）已发送但未收到确认的数据（位于发送窗口之内）、（3）允许发送但尚未发送的数据（位于发送窗口之内）、（4）发送窗口之外的缓冲区内暂时不允许发送的数据。

3. 接收窗口中也有四个概念：（1）已发送确认并交付主机的数据（不在接收窗口和接收缓冲区之内）、（2）未按序收到的数据（位于接收窗口之内）、（3）允许接收的数据（位于接收窗口之内）、（4）不允许接收的数据（位于发送窗口之内）。

4. 规则：（1）凡是已经发送过的数据，在未收到确认之前，都必须暂时保留，以便在超时重传时使用。

              （2）只有当发送端收到了接收端的确认报文段时，发送端窗口才可以向前滑动对应长度。

              （3）当发送端发送的数据经过一段时间没有收到确认（由超时计时器控制），就要使用回退N步协议，回到最后接收到确认号的地方，重新发送这部分数据。

5. 选择性确认（Selective ACK， SACK）机制。在 SACK 支持下，仅可以重传缺少部分的数据，而不会重传那些已经正确接受的数据段。

• 拥塞控制

• 慢启动和拥塞控制： （1）拥塞窗口cwnd：大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。（2）慢开始门限ssthresh：防止cwnd增长过大引起网络拥塞 

1. 当cwnd
2. 当cwnd=ssthresh时，慢开始与拥塞避免算法任意。
3. 当cwnd>ssthresh时，改用拥塞避免算法。（16,17,18.....）
4. 当出现丢包时（超时重传）， ssthresh = 发生网络拥塞时的cwd一半，然后cwd = 0 并重新回到 1                                                                                                        

• 快恢复/快重传：

1. 当cwnd
2. 当cwnd=ssthresh时，慢开始与拥塞避免算法任意。
3. 当cwnd>ssthresh时，改用拥塞避免算法。（16,17,18.....）
4. 当出现丢包时 （三个重复ACK），cwd = 发生网络拥塞时的cwd一半，然后回到（2）

 

TCP和UDP的区别：

1. TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
2. TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
3. TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
4. TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道
5. TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
6. 每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
7. TCP有拥塞控制，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）

 

本系列文章目的为个人准备面试的简单总结，文中多有不足，敬请批评指正!

参考：

https://blog.csdn.net/guoweimelon/article/details/50878503

https://blog.csdn.net/ls5718/article/details/52141571