TCP可靠传输机制

描述
TCP可靠传输机制确保数据在不可靠的IP网络中能够无差错、不丢失、不重复且按序到达接收端。其核心依赖序列号与确认机制、超时重传、滑动窗口协议等技术实现可靠性。下面将逐步解析这些机制如何协同工作。

步骤一：数据编号与确认机制

1. 序列号（Sequence Number）：

   • 发送方为每个字节的数据分配唯一序列号。例如，发送的第一个字节序列号为1000，若数据段包含100字节，则下一段起始序列号为1100。
   • 序列号的作用：标识数据顺序，便于接收方重组和检测丢失或乱序。

2. 确认号（Acknowledgment Number）：

   • 接收方通过确认号告知发送方“已正确收到该序号之前的所有数据”。例如，若接收方收到序列号1000-1099的数据段，则返回确认号1100（期望接收的下一个字节序号）。
   • 累积确认：确认号1100表示1100之前的所有数据均已接收，无需对每个数据段单独确认，减少网络开销。

步骤二：超时重传（RTO）

1. 重传触发条件：

   • 发送数据后启动定时器，若在超时时间（RTO）内未收到确认，则重传该数据。
   • RTO值动态计算：基于历史往返时间（RTT）加权平均，避免因网络波动导致过早或过晚重传。

2. 重复确认与快速重传：

   • 若接收方收到乱序数据（如序列号1100的数据先于1000到达），会重复发送最近的有效确认（如重复确认号1000）。
   • 发送方收到3次重复确认时，立即重传疑似丢失的数据段（如序列号1000），而不等待超时，称为快速重传。

步骤三：滑动窗口协议

1. 窗口作用：

   • 发送窗口：允许发送方连续发送多个数据段而无需等待确认，提高吞吐量。
   • 接收窗口：限制发送方速率，避免接收方缓冲区溢出（流量控制）。

2. 窗口滑动过程：

   • 发送方维护窗口内的数据段，收到确认号后，窗口向前滑动。例如：
     • 初始窗口范围[1000, 2000)，发送1000-1499后等待确认。
     • 收到确认号1500时，窗口滑动至[1500, 2500)，可发送新数据。
   • 接收方通过通告窗口大小（Win字段）动态调整发送方窗口尺寸。

步骤四：综合示例
假设发送方要传输300字节数据（序列号1000-1299），分3段发送（每段100字节）：

1. 发送段1（1000-1099），窗口内暂存该段副本，启动定时器。
2. 接收方收到段1，返回确认号1100，发送方滑动窗口并清除段1副本。
3. 若段2（1100-1199）丢失，接收方收到段3（1200-1299）时会重复发送确认号1100。
4. 发送方收到3次重复确认后快速重传段2，确保数据完整。

总结
TCP通过序列号/确认号保证数据顺序与完整性，超时重传和快速重传应对丢失问题，滑动窗口平衡效率与流量控制。这些机制共同构成了可靠传输的基础，也是TCP区别于UDP的核心特征。