用了TCP协议，就一定不会丢包吗？

数据包的发送流程

首先，我们两个手机的绿皮聊天软件客户端，要通信，中间会通过它们家服务器。大概长这样。

但为了简化模型，我们把中间的服务器给省略掉，假设这是个端到端的通信。且为了保证消息的可靠性，我们盲猜它们之间用的是TCP协议进行通信。

为了发送数据包，两端首先会通过三次握手，建立TCP连接。

一个数据包，从聊天框里发出，消息会从聊天软件所在的用户空间拷贝到内核空间的发送缓冲区（send buffer） ，数据包就这样顺着传输层、网络层，进入到数据链路层，在这里数据包会经过流控（qdisc），再通过RingBuffer发到物理层的网卡。数据就这样顺着网卡发到了纷繁复杂的网络世界里。这里头数据会经过n多个路由器和交换机之间的跳转，最后到达目的机器的网卡处。

此时目的机器的网卡会通知DMA将数据包信息放到RingBuffer中，再触发一个硬中断给CPU，CPU触发软中断让ksoftirqd去RingBuffer收包，于是一个数据包就这样顺着物理层，数据链路层，网络层，传输层，最后从内核空间拷贝到用户空间里的聊天软件里。

到这里，抛开一些细节，大家大概知道了一个数据包从发送到接收的宏观过程。

建立连接时丢包

TCP协议会通过三次握手建立连接。大概长下面这样。

在服务端，第一次握手之后，会先建立个半连接，然后再发出第二次握手。这时候需要有个地方可以暂存这些半连接。这个地方就叫半连接队列。

如果之后第三次握手来了，半连接就会升级为全连接，然后暂存到另外一个叫全连接队列的地方，坐等程序执行accept()方法将其取走使用。

是队列就有长度，有长度就有可能会满，如果它们满了，那新来的包就会被丢弃。

流量控制丢包

应用层能发网络数据包的软件有那么多，如果所有数据不加控制一股脑冲入到网卡，网卡会吃不消，那怎么办？让数据按一定的规则排个队依次处理，也就是所谓的qdisc(Queueing Disciplines，排队规则)，这也是我们常说的流量控制机制。

排队，得先有个队列，而队列有个长度。

我们可以通过ifconfig命令查看，里面涉及到的txqueuelen后面的数字1000，其实就是流控队列的长度。

当发送数据过快，流控队列长度txqueuelen又不够大时，就容易出现丢包现象。

网卡丢包

网卡和它的驱动导致丢包的场景也比较常见，原因很多，比如网线质量差，接触不良。除此之外，我们来聊几个常见的场景。

RingBuffer过小导致丢包

上面提到，在接收数据时，会将数据暂存到RingBuffer接收缓冲区中，然后等着内核触发软中断慢慢收走。如果这个缓冲区过小，而这时候发送的数据又过快，就有可能发生溢出，此时也会产生丢包。

网卡性能不足

网卡作为硬件，传输速度是有上限的。当网络传输速度过大，达到网卡上限时，就会发生丢包。这种情况一般常见于压测场景。

我们可以通过ethtool加网卡名，获得当前网卡支持的最大速度。

# ethtool eth0
Settings for eth0:
  Speed: 10000Mb/s

可以看到，我这边用的网卡能支持的最大传输速度speed=1000Mb/s。

也就是俗称的千兆网卡，但注意这里的单位是Mb，这里的b是指bit，而不是Byte。1Byte=8bit。所以10000Mb/s还要除以8，也就是理论上网卡最大传输速度是1000/8 = 125MB/s。

接收缓冲区丢包

我们一般使用TCP socket进行网络编程的时候，内核都会分配一个发送缓冲区和一个接收缓冲区。

当我们想要发一个数据包，会在代码里执行send(msg)，这时候数据包并不是一把梭直接就走网卡飞出去的。而是将数据拷贝到内核发送缓冲区就完事返回了，至于什么时候发数据，发多少数据，这个后续由内核自己做决定。

而接收缓冲区作用也类似，从外部网络收到的数据包就暂存在这个地方，然后坐等用户空间的应用程序将数据包取走。

这两个缓冲区是有大小限制的，可以通过下面的命令去查看。

# 查看接收缓冲区
# sysctl net.ipv4.tcp_rmem
net.ipv4.tcp_rmem = 4096  87380 6291456
​
# 查看发送缓冲区
# sysctl net.ipv4.tcp_wmem
net.ipv4.tcp_wmem = 4096  16384 4194304

不管是接收缓冲区还是发送缓冲区，都能看到三个数值，分别对应缓冲区的最小值，默认值和最大值 （min、default、max）。缓冲区会在min和max之间动态调整。

那么问题来了，如果缓冲区设置过小会怎么样？

对于发送缓冲区，执行send的时候，如果是阻塞调用，那就会等，等到缓冲区有空位可以发数据。

如果是非阻塞调用，就会立刻返回一个 EAGAIN 错误信息，意思是 Try again 。让应用程序下次再重试。这种情况下一般不会发生丢包。

当接受缓冲区满了，事情就不一样了，它的TCP接收窗口会变为0，也就是所谓的零窗口，并且会通过数据包里的win=0，告诉发送端，“球球了，顶不住了，别发了”。一般这种情况下，发送端就该停止发消息了，但如果这时候确实还有数据发来，就会发生丢包。

两端之间的网络丢包

前面提到的是两端机器内部的网络丢包，除此之外，两端之间那么长的一条链路都属于外部网络，这中间有各种路由器和交换机还有光缆啥的，丢包也是很经常发生的。

这些丢包行为发生在中间链路的某些个机器上，我们当然是没权限去登录这些机器。但我们可以通过一些命令观察整个链路的连通情况。

ping命令查看丢包

比如我们知道目的地的域名是 baidu.com。想知道你的机器到baidu服务器之间，有没有产生丢包行为。可以使用ping命令。

mtr命令

mtr命令可以查看到你的机器和目的机器之间的每个节点的丢包情况。

发生丢包了怎么办

说了这么多。只是想告诉大家，丢包是很常见的，几乎不可避免的一件事情。

但问题来了，发生丢包了怎么办？

这个好办，用TCP协议去做传输。

建立了TCP连接的两端，发送端在发出数据后会等待接收端回复ack包，ack包的目的是为了告诉对方自己确实收到了数据，但如果中间链路发生了丢包，那发送端会迟迟收不到确认ack，于是就会进行重传。以此来保证每个数据包都确确实实到达了接收端。

假设现在网断了，我们还用聊天软件发消息，聊天软件会使用TCP不断尝试重传数据，如果重传期间网络恢复了，那数据就能正常发过去。但如果多次重试直到超时都还是失败，这时候你将收获一个红色感叹号。

用了TCP协议就一定不会丢包吗

我们知道TCP位于传输层，在它的上面还有各种应用层协议，比如常见的HTTP或者各类RPC协议。

TCP保证的可靠性，是传输层的可靠性。也就是说，TCP只保证数据从A机器的传输层可靠地发到B机器的传输层。

至于数据到了接收端的传输层之后，能不能保证到应用层，TCP并不管。

假设现在，我们输入一条消息，从聊天框发出，走到传输层TCP协议的发送缓冲区，不管中间有没有丢包，最后通过重传都保证发到了对方的传输层TCP接收缓冲区，此时接收端回复了一个ack，发送端收到这个ack后就会将自己发送缓冲区里的消息给扔掉。到这里TCP的任务就结束了。

TCP任务是结束了，但聊天软件的任务没结束。

聊天软件还需要将数据从TCP的接收缓冲区里读出来，如果在读出来这一刻，手机由于内存不足或其他各种原因，导致软件崩溃闪退了。

发送端以为自己发的消息已经发给对方了，但接收端却并没有收到这条消息。

于是乎，消息就丢了。

虽然概率很小，但它就是发生了。

这类丢包问题怎么解决？

大家应该还记得我们文章开头提到过，为了简单，就将服务器那一方给省略了，从三端通信变成了两端通信，所以才有了这个丢包问题。

现在我们重新将服务器加回来。

大家有没有发现，有时候我们在手机里聊了一大堆内容，然后登录电脑版，它能将最近的聊天记录都同步到电脑版上。也就是说服务器可能记录了我们最近发过什么数据，假设每条消息都有个id，服务器和聊天软件每次都拿最新消息的id进行对比，就能知道两端消息是否一致，就像对账一样。

对于发送方，只要定时跟服务端的内容对账一下，就知道哪条消息没发送成功，直接重发就好了。

如果接收方的聊天软件崩溃了，重启后跟服务器稍微通信一下就知道少了哪条数据，同步上来就是了，所以也不存在上面提到的丢包情况。

可以看出，TCP只保证传输层的消息可靠性，并不保证应用层的消息可靠性。如果我们还想保证应用层的消息可靠性，就需要应用层自己去实现逻辑做保证。

那么问题叒来了，两端通信的时候也能对账，为什么还要引入第三端服务器？

主要有三个原因。

• 第一，如果是两端通信，你聊天软件里有1000个好友，你就得建立1000个连接。但如果引入服务端，你只需要跟服务器建立1个连接就够了，聊天软件消耗的资源越少，手机就越省电。
• 第二，就是安全问题，如果还是两端通信，随便一个人找你对账一下，你就把聊天记录给同步过去了，这并不合适吧。如果对方别有用心，信息就泄露了。引入第三方服务端就可以很方便的做各种鉴权校验。
• 第三，是软件版本问题。软件装到用户手机之后，软件更不更新就是由用户说了算了。如果还是两端通信，且两端的软件版本跨度太大，很容易产生各种兼容性问题，但引入第三端服务器，就可以强制部分过低版本升级，否则不能使用软件。但对于大部分兼容性问题，给服务端加兼容逻辑就好了，不需要强制用户更新软件。

所以看到这里大家应该明白了，我把服务端去掉，并不单纯是为了简单。

总结

• 数据从发送端到接收端，链路很长，任何一个地方都可能发生丢包，几乎可以说丢包不可避免。

• 平时没事也不用关注丢包，大部分时候TCP的重传机制保证了消息可靠性。

• 当你发现服务异常的时候，比如接口延时很高，总是失败的时候，可以用ping或者mtr命令看下是不是中间链路发生了丢包。

• TCP只保证传输层的消息可靠性，并不保证应用层的消息可靠性。如果我们还想保证应用层的消息可靠性，就需要应用层自己去实现逻辑做保证。

原文：用了TCP协议，就一定不会丢包吗？