TCP主要提供了检验和、序列号/确认应答、超时重传、最大消息长度、滑动窗口控制等方法实现了可靠性传输。
检验和
通过检验和的方式,接收端可以检测出来数据是否有差错和异常,假如有差错就会直接丢弃TCP段,重新发送。TCP在计算检验和时,会在TCP首部加上一个12字节的伪首部。检验和总共计算3部分:TCP首部、TCP数据、TCP伪首部
序列号/确认应答
这个机制类似于问答的形式。比如在课堂上老师会问你“明白了吗?”,假如你没有隔一段时间没有回应或者你说不明白,那么老师就会重新讲一遍。其实计算机的确认应答机制也是一样的,发送端发送信息给接收端,接收端会回应一个包,这个包就是应答包。
超时重传
超时重传是指发送出去的数据包到接收到确认包之间的时间,如果超过了这个时间会被认为是丢包了,需要重传。那么我们该如何确认这个时间值呢?
我们知道,一来一回的时间总是差不多的,都会有一个类似于平均值的概念。比如发送一个包到接收端收到这个包一共是0.5s,然后接收端回发一个确认包给发送端也要0.5s,这样的两个时间就是RTT(往返时间)。然后可能由于网络原因的问题,时间会有偏差,称为抖动(方差)。
从上面的介绍来看,超时重传的时间大概是比往返时间+抖动值还要稍大的时间。
滑动窗口控制
我们上面提到的超时重传的机制存在效率低下的问题,发送一个包到发送下一个包要经过一段时间才可以。所以我们就想着能不能不用等待确认包就发送下一个数据包呢?这就提出了一个滑动窗口的概念。
拥塞控制
窗口控制解决了 两台主机之间因传送速率而可能引起的丢包问题,在一方面保证了TCP数据传送的可靠性。然而如果网络非常拥堵,此时再发送数据就会加重网络负担,那么发送的数据段很可能超过了最大生存时间也没有到达接收方,就会产生丢包问题。为此TCP引入慢启动机制,先发出少量数据,就像探路一样,先摸清当前的网络拥堵状态后,再决定按照多大的速度传送数据。
此处引入一个拥塞窗口:
发送开始时定义拥塞窗口大小为1;每次收到一个ACK应答,拥塞窗口加1;而在每次发送数据时,发送窗口取拥塞窗口与接送段接收窗口最小者。
慢启动:在启动初期以指数增长方式增长;设置一个慢启动的阈值,当以指数增长达到阈值时就停止指数增长,按照线性增长方式增加至拥塞窗口;线性增长达到网络拥塞时立即把拥塞窗口置回1,进行新一轮的“慢启动”,同时新一轮的阈值变为原来的一半。