C++/java網絡常見題目3_TCP如何實現可靠傳輸

TCP如何實現可靠傳輸

可靠：發送方發送的數據到達接收方的時候不會發生錯誤，不會丟失，不會重複，不會亂序！

 

• 差錯檢測（校驗和）

1. 目的：檢測數據在傳輸過程中是否發生變化。如果檢驗和出錯，丟棄該報文段。（發送端超時重傳）

• 接收端反饋（序列號和確認應答）

1. 序列號的目的：解決亂序問題，將數據以正確順序送到應用層，提供確認應答的條件。
2. 確認應答信號ACK：當發送端將數據發出之後會等待接收端的確認應答。如果有確認應答，說明數據已經成功到達接收端主機了。反之，若沒有收到確認應答，則數據包丟失的可能性比較大。

• 發送端重傳（超時重傳）

1. 當發送端遲遲沒有等到接收端的確認應答，則可能丟失數據包。                                                                                              數據包丟失的原因兩種：（1）發送端的數據包丟失，沒有到達接收端,；（2）接收端的確認應答信號ACK丟失。
2. 超時重傳機制：簡單理解就是發送端在發送完數據後等待一個特定時間，時間到達沒有接收到確認應答信號ACK，那麼對剛纔發送的數據進行重新發送。
3. 如果針對發送端數據丟失，當超時重傳後，接受端接受到二次重發的數據後，便進行確認應答信號ACK的發送。如果針對接收端的確認應答信號ACK丟失，當再次收到該數據報文，會判斷重複並將其丟棄，仍然發送確認應答信號ACK。
4. 超時重傳計時器RTT：平均往返時延RTT=α×（舊的RTT）+（1-α）×（新的往返時延樣本），1 ≤ α ＜ 1 典型的值爲α爲7/8.
5. 超時重發時間間隔RTO：RTO = β × RTT, β ＞ 1， 推薦是2

• 連接管理

1. 見博文：https://blog.csdn.net/zzhang_12/article/details/81285860

• 流量控制（滑動窗口）

1. 滑動窗口協議在在發送方和接收方之間各自維持一個滑動窗口，發送發是發送窗口，接收方是接收窗口，而且這個窗口是隨着時間變化可以向前滑動的。它允許發送方發送多個分組而不需等待確認。TCP的滑動窗口是以字節爲單位的。

2. 發送窗口中有四個概念：（1）已發送並收到確認的數據（不在發送窗口和發送緩衝區之內）、（2）已發送但未收到確認的數據（位於發送窗口之內）、（3）允許發送但尚未發送的數據（位於發送窗口之內）、（4）發送窗口之外的緩衝區內暫時不允許發送的數據。

3. 接收窗口中也有四個概念：（1）已發送確認並交付主機的數據（不在接收窗口和接收緩衝區之內）、（2）未按序收到的數據（位於接收窗口之內）、（3）允許接收的數據（位於接收窗口之內）、（4）不允許接收的數據（位於發送窗口之內）。

4. 規則：（1）凡是已經發送過的數據，在未收到確認之前，都必須暫時保留，以便在超時重傳時使用。

              （2）只有當發送端收到了接收端的確認報文段時，發送端窗口纔可以向前滑動對應長度。

              （3）當發送端發送的數據經過一段時間沒有收到確認（由超時計時器控制），就要使用回退N步協議，回到最後接收到確認號的地方，重新發送這部分數據。

5. 選擇性確認（Selective ACK， SACK）機制。在 SACK 支持下，僅可以重傳缺少部分的數據，而不會重傳那些已經正確接受的數據段。

• 擁塞控制

• 慢啓動和擁塞控制： （1）擁塞窗口cwnd：大小取決於網絡的擁塞程度，並且動態變化。（2）慢開始門限ssthresh：防止cwnd增長過大引起網絡擁塞 

1. 當cwnd<ssthresh時，使用慢開始算法。（1,2,4,8..）
2. 當cwnd=ssthresh時，慢開始與擁塞避免算法任意。
3. 當cwnd>ssthresh時，改用擁塞避免算法。（16,17,18.....）
4. 當出現丟包時（超時重傳）， ssthresh = 發生網絡擁塞時的cwd一半，然後cwd = 0 並重新回到 1                                                                                                        

• 快恢復/快重傳：

1. 當cwnd<ssthresh時，使用慢開始算法。（1,2,4,8..）
2. 當cwnd=ssthresh時，慢開始與擁塞避免算法任意。
3. 當cwnd>ssthresh時，改用擁塞避免算法。（16,17,18.....）
4. 當出現丟包時 （三個重複ACK），cwd = 發生網絡擁塞時的cwd一半，然後回到（2）

 

TCP和UDP的區別：

1. TCP面向連接（如打電話要先撥號建立連接）;UDP是無連接的，即發送數據之前不需要建立連接
2. TCP提供可靠的服務。也就是說，通過TCP連接傳送的數據，無差錯，不丟失，不重複，且按序到達;UDP盡最大努力交付，即不保證可靠交付
3. TCP面向字節流，實際上是TCP把數據看成一連串無結構的字節流;UDP是面向報文的
4. TCP的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，UDP則是不可靠信道
5. TCP首部開銷20字節;UDP的首部開銷小，只有8個字節
6. 每一條TCP連接只能是點到點的;UDP支持一對一，一對多，多對一和多對多的交互通信
7. TCP有擁塞控制，UDP沒有擁塞控制，因此網絡出現擁塞不會使源主機的發送速率降低（對實時應用很有用，如IP電話，實時視頻會議等）

 

本系列文章目的爲個人準備面試的簡單總結，文中多有不足，敬請批評指正!

參考：

https://blog.csdn.net/guoweimelon/article/details/50878503

https://blog.csdn.net/ls5718/article/details/52141571