八股文——TCP四大机制！小白也能懂！（重传机制、滑动窗口、流量控制、拥塞控制）

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TCP巨复杂！同时在八股计算机网络中也经常被问到，必须会！这篇文章将让小白有个大体框架，知道怎么个事，面试中可以有话说，也能让佬更加巩固知识点。

TCP是一个可靠的传输协议，为了保证它的可靠性，出现七七八八的机制，它可能有数据的破坏、丢包、重复以及分片顺序混乱等问题，TCP通过序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制来实现可靠性传输。

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简要：针对数据包丢失进行重传

在网络传输的过程中，难免有包丢失情况，这时就需要重传，也就是重传机制去管控。

TCP实现可靠传输的方式之一就是通过序列号和确认应答保证。

常见的重传机制有：超时重传、快速重传、SACK、D-SACK

超时重传：数据包丢失或者确认信息丢失，超过一定时间后进行数据重传。

快速重传：在接收到三次相同的ACK值，就找到对应位置进行重传后面发送的报文，但是会导致发送已经接收到的数据，做了无用功浪费资源。

SACK方法：选择性确认，需要在TCP头中加入SACK的东西，可以将已收到的数据信息发送给发送方，就可以知道哪些数据没传，只重传丢失的数据

DSACK：直接发送SACK信息来告诉发送方有哪些数据被重复接受了。

简：在接收窗口大小内不断发数据，避免发一个等确认信息才能再发

发送方每次等待一个确认消息才能继续发送，效率太低，于是采用滑动窗口，在接收窗口大小内可以不断发送数据。无需等待确认信息。通常窗口是由接收方决定的，告诉发送方自己有多少缓冲区来接收数据。一般发送窗口约等于接收窗口，因为传输过程存在时延

TCP头中有个window字段（表示窗口大小），告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端根据接收端处理能力发送数据，不会到时接受端处理不过来

简：控制发送数据速率，避免对方处理不过来

让发送方根据接收方的实际接受能力控制发送的数据量的机制

栗子：

A对B发送数据，B对A进行流量控制（下面数据为举例）

发送窗口范围（4条，一条100字节）内发送3条数据，就收到B的累计确认，并发送rwnd=300 进行流量控制（接受窗口改成3条，发送窗口相应变成3条）。

A收到累计确认会删除前面三条缓存（如果有丢失，后面继续传丢失文件）然后在窗口范围（3条）内发送3条。收到B累计确认，并发送rwnd=100进行流量，（接受窗口改成3条，发送窗口相应变成3条）。

反复，若rwnd=0，A不能再发送，等B有缓存处理时，又会发送rwnd=300（有三条缓存）然后A再发送数据，但如果A没收到，AB无线等待对方，会有持续计时器，一定时间发送1字节探测，等待B回应。

简：面对网络中发生拥塞的机制

在网络出现拥堵时，如果继续发送大量数据包，可能会导致数据包时延、丢失，这时重传只会加重网络负担，导致更大延迟和包丢失，就陷入二性循环，发生超时重传就认为网络出现堵塞。

拥塞控制主要包括四个算法：慢启动，拥塞避免，拥塞发生，快速恢复

慢启动

TCP刚刚建立有个慢启动的过程，就是一点点提高发送数据包的数量，当发送方每收到一个ACK，拥塞窗口（cwnd）的大小就会加1表示可以比之前多发1个，cwnd数量呈指数倍增加，1248。当cwnd>= 慢启动门限ssthresh就会使用拥塞避免算法。

指数倍增加：

初始cwnd若为1，加1，为2.，可以发两个ACK，（cwnd两个，最多发2个）。

收到两个ACK，加2，为4，可以发四个ACK。

收到四个ACK，加4，为8，可以发八个ACK。

拥塞避免算法

每当收到一个ACK时，cwnd增加1/cwnd。因为可以发cwnd个，所以cwnd*（1/cwnd）=1个，这样cwnd数量就会变成线性增长。我们可以看到前面两种算法都是让他增加，网络慢慢进入拥塞状态，于是出现丢包现象，需要对丢失的包重传，进入拥塞发送算法

拥塞发生算法

发生后进行数据包重传

超时重传：门限变成cwnd/2，再重置cwnd为初始值

快速重传：认为只是少部分数据丢失，cwnd设置原来一半，门限=cwnd。进入快速恢复算法

快速恢复算法

拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）；
重传丢失的数据包；
如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd 增加 1；
如果收到新数据的 ACK 后，把 cwnd 设置为第一步中的 ssthresh 的值，原因是该 ACK 确认了新的数据，说明从 duplicated ACK 时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态；

借用小林的图：

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