TCP 滑动窗口以及重传机制

TCP 的滑动窗口和重传机制是其实现可靠数据传输的核心部分。

1. TCP 滑动窗口

滑动窗口（Sliding Window）机制用于控制数据的流动，使得发送方可以在未收到确认（ACK）之前连续发送多个数据包。这种机制不仅提高了网络带宽的利用率，还确保了数据的有序传输。

  • 窗口大小：窗口大小指发送方在未收到确认之前，可以连续发送的最大字节数。窗口大小由接收方通过 ACK 包中的窗口字段来通知发送方。发送方依据该字段来调整自己的发送速度。

  • 发送窗口：发送窗口表示发送方可以发送但尚未收到确认的数据范围。窗口的左边界是已经收到确认的数据，右边界则是发送方根据接收方窗口大小计算出的最大可发送字节。

  • 接收窗口：接收窗口则是接收方能够接受但尚未处理的数据范围。接收方通过窗口大小来告诉发送方它能够接收的数据量，从而防止发送方发送过多数据导致接收方缓存溢出。

  • 窗口滑动：当接收到发送的数据并确认之后，窗口的左边界就会向前滑动，从而为新的数据发送腾出空间。窗口的滑动是动态的，根据 ACK 的接收情况实时调整。

2. TCP 重传机制

为了确保可靠的数据传输，TCP 实现了多种重传机制来处理数据包丢失的情况。

  • 超时重传：每次发送数据包时，TCP 都会启动一个定时器。如果在指定时间内没有收到对应的 ACK，发送方会认为该数据包可能丢失，并重新发送该数据包。

  • 快速重传：当接收方收到一个乱序的数据包时，会重复发送最后一个有序数据的 ACK（即 DupACK）。如果发送方连续收到三个相同的 ACK（称为三个 DupACK），它就会立即重传该 ACK 对应的数据包，而不必等待超时。

  • 重传超时时间（RTO）：RTO 是由 TCP 根据网络状况动态计算的超时时间。RTO 的计算通常基于往返时间（RTT）和 RTT 的波动情况（RTTVAR）。RTO 越准确，超时重传的效率越高，减少不必要的重传。

  • 选择性确认（SACK）：SACK 是一种可选的 TCP 扩展，用于在接收方告知发送方它已经成功接收的所有非连续数据段。这可以帮助发送方只重传那些确实丢失的数据段，而不是从丢失点开始的所有数据。

总结

TCP 滑动窗口机制提高了数据传输效率，而重传机制则确保了数据的可靠性。通过这两种机制的结合，TCP 能够在复杂多变的网络环境下，实现高效且可靠的数据传输。