【原创】笔记 | 网络编程基础：TCP如何保证可靠性

这个面试题也是最最基础的网络面试题，比较偏向毕业生或者刚入门者，有几年的工作经验一般问的比较少，但是也要对这块了如指掌，why？毕竟基础是非常非常重要的！

从前面《笔记 | 面试官问我：TCP与UDP的区别》我们知道，TCP和UDP的不同之一是TCP可以保证数据传输的可靠性，但是你知道为什么TCP可以保证可靠性，需要依靠什么机制来保证其可靠性呢？

1、应答确认

        接收方收到报文就会确认，主要使用seq序列号与ack应答确认机制。

2、超时重传

        当报文发出后在一定的时间内未收到接收方的确认，发送方就会进行重传。
一种情况是发送数据包丢失，另一种是确认包丢失。报文发出到收到应答中间有一个报文的往返时间RTT，如果超时则会进行重传。

3、数据校验

       TCP校验和是一个端到端的校验和，由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现TCP首部和数据在发送端到接收端之间发生的任何改动。如果接收方检测到校验和有差错，则TCP段会被直接丢弃。虽说校验和是一个比较脆弱的校验，但在数据链路层可以进行探测和纠正。

4、数据合理分片和排序

　　UDP：IP数据报大于1500字节,大于MTU.这个时候发送方IP层就需要分片(fragmentation).把数据报分成若干片,使每一片都小于MTU.而接收方IP层则需要进行数据报的重组.这样就会多做许多事情,而更严重的是,由于UDP的特性,当某一片数据传送中丢失时,接收方便无法重组数据报.将导致丢弃整个UDP数据报.

　　tcp会按MTU合理分片，接收方会缓存未按序到达的数据，重新排序后再交给应用层。

5、连接管理

　　TCP建立连接时的三次握手和断开连接时的四次挥手。下篇文章推出，敬请期待。

6、流量控制

        当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，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。接收方处理数据的速度是有限的，如果发送方发送数据的速度过快，会导致接收方的缓冲区满，而发送方如果继续发送，就会造成丢包，继而引起丢包重传等一系列连锁反应。因此TCP支持根据接收方的处理能力，来决定发送方的发送速度，这个机制叫做流量控制。

        在TCP报文段首部中有一个16位窗口长度，当接收方接收到发送方的数据后，在应答报文ACK中就将自身缓冲区的剩余大小，放入16窗口大小中。这个大小随数据传输情况而变，窗口越大，网络吞吐量越高，而一旦接收方发现自身的缓冲区快满了，就将窗口设置为更小的值通知发送方。如果缓冲区满，就将窗口置为0，发送方收到后就不再发送数据，但是需要定期发送一个窗口探测数据段，使接收方把窗口大小告诉发送方。 

7、拥塞控制

        当网络拥塞时，减少数据的发送。网络犹如一条条宽度一定的渠道，水量过大就会造成溢出或崩堤，类似网络发送数据非常繁忙，造成拥堵。所以在网络非常拥堵时，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。

    拥塞控制方法分为：慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复。

小结