保证TCP可靠的方法

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种 面向连接、可靠传输 的协议，它通过一系列机制保证数据的准确性和完整性，防止丢失、乱序和重复。以下是 TCP 可靠性的核心保障机制：

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1. 三次握手（Three-Way Handshake）

作用：

• 建立可靠的双向连接，确保通信双方都能正常发送和接收数据。
• 避免历史连接影响（如 SYN 洪泛攻击）。

过程：

1. 客户端 → 服务器：发送 SYN（请求建立连接）。
2. 服务器 → 客户端：收到后返回 SYN-ACK（确认连接请求）。
3. 客户端 → 服务器：收到后发送 ACK（确认连接建立），连接建立成功。

👉 为什么是三次握手？

• 两次不足以确认双方都具备收发能力，必须有第三次确认。

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2. 可靠数据传输机制

(1) 数据分片 & 组装

• TCP 将大数据拆分成多个数据包（Segmentation） 进行传输，并确保按序组装。
• 发送端：按 MSS（最大段大小） 分片，接收端按 序列号（Sequence Number） 组装。

(2) 序列号（Sequence Number）

• 每个数据包 都有一个 唯一序列号，确保数据按正确顺序接收，防止重复数据包。

(3) 确认应答（ACK，Acknowledgment）

• 发送方发送数据后，接收方必须返回 ACK 确认，否则发送方会重传。
• 示例：

  发送方：发出数据（Seq = 100）
  接收方：收到后返回 ACK = 101（表示已收到 100，下一次期待 101）
  

(4) 滑动窗口（Sliding Window）

• 作用：
  • 控制一次可发送的数据量，提高传输效率。
  • 通过动态调整窗口大小，避免网络拥塞。
• 示例：

  发送窗口大小 = 5 个数据包
  只有当 5 个数据包的 ACK 都收到后，才能继续发送新的数据。
  

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3. 超时重传机制（Timeout Retransmission）

(1) 超时重传（Retransmission Timeout, RTO）

• 如果 ACK 没有在规定时间内收到，则发送方会重传数据。
• RTO 时间计算：
  • 结合 RTT（往返时间），动态调整超时时间，防止过早/过晚重传。
  • RTO = RTT + 4 × RTT 偏差（自适应算法）

(2) 快速重传（Fast Retransmit）

• 当接收方发现数据包丢失，会立即发送 3 次相同的 ACK，通知发送方重传。
• 示例：

  发送方：发送 Seq = 100, 101, 102, 103
  接收方：收到 100、102，丢失 101
  接收方：返回 ACK = 101（3 次）
  发送方：立即重传 Seq = 101（无需等待超时）
  

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4. 流量控制（Flow Control）

(1) 滑动窗口

• 作用：

  • 避免发送方发送过快，接收方来不及处理。
  • 通过接收窗口（Receive Window） 告知发送方当前可接受的数据量。

• 示例：

  发送方：当前窗口大小 = 10KB，发送 5KB
  接收方：缓冲区满了，只能接受 2KB
  发送方：调整窗口大小为 2KB，避免数据丢失
  

(2) 零窗口（Zero Window）

• 如果接收方的缓冲区满了，会发送窗口大小 = 0，让发送方暂停发送数据，等待恢复后继续传输。

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5. 拥塞控制（Congestion Control）

目的：防止网络过载，提高数据传输效率。 TCP 采用四种算法进行拥塞控制：

(1) 慢启动（Slow Start）

• 初始时，发送方 窗口大小（cwnd） = 1。
• 每次收到 ACK，窗口大小翻倍，直到达到阈值（ssthresh）。

(2) 拥塞避免（Congestion Avoidance）

• 当 cwnd 达到阈值时，不再翻倍，而是每次增加 1，防止网络拥塞。

(3) 快速重传 & 快速恢复

• 如果收到 3 次重复 ACK，说明有数据丢失，立即触发快速重传。
• 快速恢复：调整 cwnd，使其逐步恢复。

(4) 拥塞发生（Congestion Collapse）

• 网络严重拥塞时，直接将阈值减半，重新进入慢启动。

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6. 四次挥手（Four-Way Handshake）

作用：确保数据完整传输，安全释放连接。

过程：

1. 客户端 → 服务器：FIN（请求关闭连接）。
2. 服务器 → 客户端：ACK（确认关闭请求）。
3. 服务器 → 客户端：FIN（通知即将关闭连接）。
4. 客户端 → 服务器：ACK（最终确认关闭）。

👉 为什么是四次挥手？

• 服务器可能还有未发送完的数据，必须等数据发送完毕后再断开连接。

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7. 总结

机制	作用
三次握手	确保通信双方可正常收发数据
数据分片 & 组装	确保大数据按顺序传输
序列号 & ACK	确保数据按序到达，无丢失
滑动窗口	控制数据流速，防止接收方超负荷
超时重传	避免数据丢失，自动补发
快速重传	3 次重复 ACK 触发加速重传
流量控制	防止接收方处理不过来
拥塞控制	避免网络过载，提升效率
四次挥手	确保数据完整传输后再释放连接

👉 这些机制共同保证了 TCP 可靠传输，使其成为 Web、邮件、文件传输 等需要稳定性的应用的首选协议。