一文读懂TCP的可靠传输原理

TCP下面的IP层是尽最大努力的交付，是不可靠的，所以TCP需要靠自己去完成可靠传输。下面，我们先从简单的停止等待协议来讲解可靠传输的如何实现的。需要注意可靠传输的几个特点：不丢失、不重复、按序到达。

注意，TCP并不使用停止等待协议来实现可靠传输。

停止等待协议

传输层的数据传输单元称为段。下面，为了方便，都称为分组。

停止等待协议的原理非常简单，发送一个分组后就停止继续发送，等待收到上一个分组的确认后，再继续发送后面的分组。

下面通过几个不同情况来分析：

无差错情况

无差错情况非常简单，如下图。每发送完一个分组后，就停止发送，等待收到该分组的确认后，再继续发送后面的分组。

出现差错

出现差错分两种情况，第一种是发送的分组没有交付成功到目的地址，另一种情况是传送的数据包有差错。通过图例，我们来分析两种情况

首先来看看B的操作：A发送M1分组，该分组如果是错误的，B收到后会丢弃该数分组，然后什么也不做（不会通知A收到了错误分组）。如果B没有收到M1分组，那么它什么也不知道，也不会去做任何动作。

接下来看A是如何做的：A发完分组后，迟迟收不到B对M1分组的确认后，当等待的时间超时了，那么就需要重新发送该M1分组。要实现超时重传，就需要设置一个超时计时器，当发送的一个分组在超时时间前收到了确认，那么就重置超时计时器，否则的话就需要重传分组。

有几点是需要注意的：

• A在发送完一个分组后，必须还要保存该分组的副本，以便超时重传。当收到这个分组的确认后，就可以丢弃该分组的副本了。

• 需要给每一个分组做编号，这样才知道是各个分组的到达情况。

• 超时时间应该设置的比平均传输时间稍长一些，以免引起不必要的重传。

确认丢失和确认迟到

除了分组在传送过程中会出现差错，在返回确认的时候，也会出现差错——确认丢失和确认迟到。

首先看确认丢失情况，A的分组B收到了，并给A发送了确认，但该确认丢失了，A没有收到。因为A没有收到M1的确认，那么等待超过超时后，就会向B重传M1。这个时候B收到了重复的分组M1，需要做两个操作：

• 将重复的分组M1丢弃

• 向A发送M1的确认。因为既然A重传了M1，就表示A没有收到M1的分组。所以B需要继续发送对M1的确认。

再来看另一种情况，对M1的分组确认迟到了（超过超时时间后才收到）。A在收到重复的确认后，会丢弃，其他什么也不做。

通过上述的超时重传机制，就可以实现在不可靠的网络传输上实现可靠的传输。

信道利用率

上述的停止等待协议简单，但它有一个非常大的缺点——信道的利用率太低。在等待收到确认的这段时间，信道是完全空闲的，十分浪费。

为了提高信道利用率，可以使用流水线传输，流水线传输可以连续发送多个分组，这样就可以大大提高信道利用率了。

采用流水线传输的协议有连续ARQ协议和窗口滑动协议。而TCP就是采用滑动窗口协议来完成可靠传输的。

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