计网—TCP重传、滑动窗口

一、TCP如何保证可靠传输

• 确认和重传：接收方收到报文就会确认，发送方发送一段时间后没有收到确认就会重传。
• 序号机制（序号、确认号）：确保了数据是按序、完整到达。
• 数据校验：TCP报文头有校验和，用于校验报文是否损坏。
• 数据合理分片和排序：tcp会按最大传输单元(MTU)合理分片，接收方会缓存未按序到达的数据，重新排序后交给应用层。而UDP：IP数据报大于1500字节，大于MTU。这个时候发送方的IP层就需要分片，把数据报分成若干片，是的每一片都小于MTU。而接收方IP层则需要进行数据报的重组。由于UDP的特性，某一片数据丢失时，接收方便无法重组数据报，导致丢弃整个UDP数据报（可以延伸到IP层的路径MTU发现）。
• 流量控制：当接收方来不及处理发送方的数据，能通过滑动窗口，提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。
• 拥塞控制：当网络拥塞时，通过拥塞窗口，减少数据的发送，防止包丢失。

二、TCP重传

首先说下常见的四种重传机制

超时重传        快速重传        SACK        D-SACK

1、超时重传

        在发送数据时，设一个定时器，超过一定时间未收到确认，就重发该数据，这就是超时重传 

        有两种情况会发生超时重传，分别是发送的数据包的丢失和确认报文丢失

        超时重传（RTO）是有讲究的，RTT是报文往返时间，首先RTO毋庸置疑一定要大于RTT，具体这两个是什么关系呢，可以自行搜搜，按照比例来计算。

2、快速重传

        超时重传是以时间为标准，而快速重传是以数据为标准。快速重传的工作方式是当收到三个相同的 ACK 报文时，会在定时器过期之前，重传丢失的报文段。一般来说连续收到三个相同的ACK的时间还是比RTO少的，所以相对超时重传，这完全可以称得上快速重传哈哈。

        但是这种快速重传的方式还是有问题的，连续收到三次相同ACK，是重传一个，还是重传所有的问题。

3、SACK（Selective Acknowledgment）

        TCP 头部选项字段里加一个 SACK 的东西，它可以将已收到的数据的信息发送给发送方，这样发送方就可以知道哪些数据收到了，哪些数据没收到，知道了这些信息，就可以只重传丢失的数据。

4、Duplicate SACK

         主要使用了 SACK 来告诉发送方有哪些数据被重复接收了

三、滑动窗口

1、滑动窗口介绍       

        TCP为每个数据包都单独设置确认应答的话，包往返时间越长，网络的吞吐量就越小，网路利用率就越低。

        为解决这个问题，故TCP引入窗口这个概念。（其实跟http1.1的pipeline技术某种层面上差不多，都是为了提高效率，把一个个单独的确认应答，换成一连串的发送与应答）。

        滑动窗口的大小就是就是指无需等待确认应答，而可以继续发送数据的最大值。

通常窗口的大小由接受端确定，每次接收端发送ACK报文，会在TCP报文的窗口字段上填入自己的接收窗口值，然后发送端会取min(拥塞窗口，接收端窗口)作为自己的窗口大小。 

 2、发送端与接收端的滑动窗口构成

发送端滑动窗口  

        已发送且被确认部分 | 已发送未被确认部分 | 未发送但可发送部分 | 不可发送部分

        其中发送窗 = 已发送未确认部分 + 未发但可发送部分。

        

//具体深入到Linux，参数意义
SND.WND：表示发送窗口的大小（大小是由接收方指定的）；

SND.UNA（Send Unacknoleged）：是一个绝对指针，它指向的是已发送但未收到确认的第一个字节的序列号，也就是 #2 的第一个字节。

SND.NXT：也是一个绝对指针，它指向未发送但可发送范围的第一个字节的序列号。

接受端滑动窗口       

        已接收 | 未接收但准备接收 | 未接收不准备接收。

        接收窗 = 未接收但准备接收部分。

//参数意义
RCV.WND：表示接收窗口的大小，它会通告给发送方。
RCV.NXT：是一个指针，它指向期望从发送方发送来的下一个数据字节的序列号。

       发送窗内数据只有当接收到接收端某段发送数据的ACK响应时才移动发送窗，左边缘紧贴刚被确认的数据。接收窗也只有接收到数据且最左侧连续时才移动接收窗口。