网络工程师（8）——TCP为什么可靠

我们知道IP只是“尽力”，并不保证可靠性，所以传输可靠性必须由TCP来完成。

怎么保证可靠呢？TCP提供了乱序重排、应答确认、报文重传和流量控制四种机制。

乱序重排、应答确认都跟序号有关。由于网络或“多线程”等因素，接收方收到的数据段很可能是乱序的，不过，因为每个TCP封装都有序号，接收方重组起来非常容易。

发送方每发送一个数据段，如果都等着收到接收方的确认后再发下一个，这效率太低了。我们在解释Acknowledgement Number确认号时，曾举过一个栗子，发送方的数据有1000字节，接收方收到后的确认号填写1001，是告诉发送方前面的都收到了，下次从序号1001开始发。

那么，如果发送方发送了多个数据段，共5000字节，接收方只需发一个确认号为5001的报文，是不是就可以呢？

没错，TCP就是这么干的！这就大大提高了效率。至于一次收多少字节再发确认，由接收方window决定。

就好像两人打电话，听对方说话时，你时不时“嗯”一声，表示你在听。不必对方每说一句话你就“嗯”，当然对方说了半天你不“嗯”也不行，对方会问“还在吗”，是不是这个理儿？

TCP的报文重传有两种独立的办法。

一种是超时重传，发送方收不到确认的时候用。我们都知道网速并不是稳定的，传输时的每个报文的延时也不一样。TCP会根据报文的往返时间（RTT）自动调整超时重传时间（RTO）。发送方每发一个报文段都会开始计时，如果时间超过RTO还没收到这个报文段的确认，就重传该报文段。

另一种方法是快速重传，发送的数据在路上丢失的时候用。

我们看下图：

接收方收到序号1后，回复确认号2，希望下次收到序号2的报文段，但却乱序收到比序号2大的3、4、5报文段，于是连续发出确认号为2的报文段。如果发送方连续三次收到重复的确认号，立即重发该报文段，而不管是否超时。

接下来，我们讨论下TCP中的window窗口。

刚才提到过，window可以提高确认效率，不必让接收方为每个报文段都发确认。另外，window还有一个很重要的作用，那就是流量控制。

首先要明白一点，应用程序不论发送还是接收数据，都会先把数据放入缓冲区，再从缓冲区中发出或读取数据。就像秘书，先把事情整理归纳好，再一次性向你汇报。

这个缓冲区大小，反映了应用程序一次能处理数据的能力。如果接收方应用程序处理速度比发送方的发送速度慢，就会造成接收方缓冲区“溢出”。实际上，发送方发送速度和接收方处理速度很难一致。

这就需要window来调整了。

TCP在三次握手建立连接时，会协商双方缓冲区window大小。如果因为接收方处理速度较慢，接收方会通过window告知发送方，实现动态调整，避免“溢出”。

发送方会根据接收方确认报文中的window值来调整每次发出多少报文，这叫“滑动窗口”。

图中的“发送方窗口大小”不仅会向左“滑动”，它的大小也会根据网络带宽、时延变化及接收方window而动态改变。关于这点，我们以后在QoS中讨论。

TCP把数据可靠地传输完成后，还有一个重要工作，拆除连接。就像我们打完电话需要挂断一样。

TCP拆除连接需要“四次挥手”。

小Q：注意看TCP封装中的window只占2个字节，最大仅表示64K字节的缓冲区。这在网络早期带宽非常低、电脑内存很小的时候没问题。但是现在这个值早就不够用了。怎么解决这个问题？感兴趣的小伙伴可以了解一下window乘积因子。

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