计算机网络——TCP可靠传输的实现

    TCP通过以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输。

    这里假设两台主机已经建立了TCP连接，而发送方只发送数据，接收方只接受数据。此时，发送方已经收到了来自接收方的确认报文，确认已经收到了31号字节之前的所有数据，并告诉发送方自己的接收窗口的尺寸为20字节。因此设置发送窗口大小为20字节，窗口前沿包括50号字节，后沿包括31号字节。

    发送窗口的后沿有两种移动情况：

• 不动，即没有收到新的确认。
• 前移，收到了新的确认。

    前沿有三种移动情况：

• 通常不断向前移动。
• 不动，即没有收到新的确认，对方通知的窗口大小也不变；或者收到新确认但对方通知的窗口缩小，使发送窗口前沿正好不动。
• 向后收缩，即对方通知的窗口缩小了，但这在TCP中是极其不提倡的。
  
      假设已经将31-1号字节发送给了接收方，为了描述发送窗口的状态，可以使用三个指针P1，P2，P3分别指向相应的字节序号。
• 小于P1的是已经发送并得到确认的部分。
• 大于等于P3是不允许发送的部分。
• P3-P1=发送窗口的尺寸。
• P2-P1=已发送但尚未收到确认的字节数。
• P3-P2=允许发送但当前尚未发送的字节数。
  
      假设接收方接收到了来自发送方的32号和33号字节，虽然它们未按序到达，但是这两个字节是落在接收窗口里的，因此接收方将其存放在接受缓存里，并发送确认报文，其中ack=31，表明31号字节丢失，但由于这是第一次重复确认，所以不会引起快重传。
  
      现在假设31号字节又被接收方成功接受了，那么此时就可以将收到的3个字节交付给应用程序，并且整个窗口前移。而发送窗口接收到了确认报文，发送窗口也会相应的前移，并将已经确定被接受的数据删除掉。
      上述简单介绍了TCP通过移动窗口进行可靠传输的过程，下面还又几个需要补充的要点。
      虽然发送方的发送窗口时根据接收方的接受窗口设置的，但同一时刻发送方的窗口并不总是和接收方的接收窗口一样大。
• 网络传送窗口值需要经历一定的时间滞后，并且这个时间不是确定的。
• 发送方还可能根据网络当时的拥塞情况适当减小自己的发送窗口尺寸。

    对于不按序到达的数据如何处理，TCP并没有明确规定。

• 如果接收方把不按序到达的数据一律丢弃，那么接收窗口的管理将会比较简单，但这样做对网络资源的利用不利，因为发送方会传送较多重复数据。
• TCP通常将不按时到达的数据先临时存放在接收窗口中，等到字节流中却受到的字节收到后，再按序交付上层应用进程。

    TCP要求接收方必须要累积确认和捎带确认机制，这样可以减小传输开销，接收方可以在合适的时候发送确认，也可以在自己有数据时把确认信息顺便带上。

• 接收方不应过分推迟发送确认，否则会导致发送方不必要的超时重传。
• 捎带确认实际上并不将常发生。

    TCP的通信是全双工的。通信中的每一方都在发送和接受报文段，因此每一方都有自己的发送窗口和接收窗口。