tcp的5个可靠机制(TCP的5个可靠机制分别是什么)

为什么TCP协议是可靠的？TCP协议是怎么保证数据的可靠的？答：能够保证TCP协议可靠的算法有检验和，连接管理机制，ACK应答机制，快速重传和超时重传机制，滑动窗口机制，拥塞控制机制，这些机制共同保证TCP协议的可靠性。检验和：TCP检验和的计算与UDP一样，在计算时要加上12byte的伪首部，检验范围包括TCP首部及数据部分，但是UDP的检验和字段为可选的，而TCP中是必须有的。计算方法为：在发送方将整个报文段分为多个16位的段，然后将所有段进行反码相加，将结果存放在检验和字段中，接收方用相同的方法进行计算，如最终结果为检验字段所有位是全1则正确（UDP中为0是正确），否则存在错误。可以保证接收方能判断当前报文是否属于自己要接受的报文，如果为0，那就是，不为0，则不是，丢弃此报文。抽象些来说就像是取快递，你的电话姓名和快递上的信息一致，你才能确定这是你的快递，才会去取，不会错拿别人的快递。序列号：TCP 对每个报文进行编号，这些编号就是序列号。而序列号有多种作用a：保证可靠性，当接收到的数据失序时，就能立马知道b：去除重复的报文，数据传输过程中的确认应答，重发控制，重复控制等功能都要依靠序列号来实先。c：提高效率，可以实现多次发送，一次确认。ACK应答机制：发送的每一条消息，都需要对方发送一条消息来回复消息是否被收到。主要实现是TCP的首部来控制，当ACK =1 时ack才有效，ack等于期望下一个传输过来的序号，也就是上一次接收消息的序号+1。这样就可以保证消息能被确认接收。（三次握手和四次挥手都在用这个机制）连接管理机制：三次握手建立连接与四次挥手断开连接，保证了TCP的全双工工作。快重传和超时重传：保证了数据能够不丢失的传输数据。（注意：超时重传机制和快重传机制，同时存在。谁先检验到报文失序，谁就生效。）滑动窗口：滑动窗口既提高了报文传输的效率，也避免了发送方发送过多的数据而导致接收方无法正常处理的异常。数据的发送方和接收方都有滑动窗口，对于发送方来说，窗口内就是可以发送的报文，当窗口的前沿紧挨的报文发送并且确认时，窗口向后移动。而窗口的后沿可以向前移动，当接收方处理不了那么多的报文时，就会发送消息告诉发送方，此时滑动窗口就需要缩小，所以后沿前移。但是TCP非常不建议窗口后沿前移。说到滑动窗口，就不得不梳理一下消息发送的过程中的缓存机制:发送方和接收方的滑动窗口工作流程：伴随着效率的提升，也会有问题产生，如果消息没被确认怎么办如图所示，假如31，32，33，34，报文发送了，32，33，34都被确认了，31没被确认怎么办呢？这时就重新发送31，并且31之后的数据报全部重新发送。在图中我们还会发现窗口的前沿和后沿会移动，窗口前沿和后沿都向后移动，意味着前沿紧挨的报文发送并被确认，而后沿的前移意味着，接收端处理那么多消息，请缩小窗口的大小。所以解决了发送的数据过多，导致接收端无法正常接收的异常。拥塞控制：拥塞控制使得宏观网络中的资源能够合理的应用。实现的算法有四个，慢开始，拥塞避免，快速回复，和快速重传.1.慢开始指一开始发送报文时，不清楚网络中的情况，试探性的发送1cwnd(拥塞窗口)的数据量。2.如果没有到ssthresh(慢开始门限值)，则以指数形式增长，一直到门限值；3.当到达门限值时，此时采用拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个RTT（往返时间）就把发送方的拥塞窗口+1，不能是指数性增长了，一直到发生网络拥塞为止。4.当发生网络拥塞时，把ssthresh的值设置为出现拥塞时发送窗口大小的一半，然后把拥塞窗口设置为1，再次执行慢开始算法。5.在发送方知道只是丢失了个别的报文段时，采用快恢复算法，将门限值设置成拥塞窗口大小的一半，并将拥塞窗口设置为当前门限值，并执行拥塞避免算法。6.当发送方一连收到3个对同一个报文段的重复确认时，采用快速重传算法，立即进行重传，这样就不会出现超时，可以使整个网络的吞吐量提高约20%。

TCP协议的主要功能 ：当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP则把数据流分割成适当长度的报文段，最大传输段大小（MSS）通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元（MTU）限制。之后TCP把数据包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。 TCP协议（Transmission ControlProtocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC793定义。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能。在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，TCP协议就起到了这个作用。

TCP发送的报文段是交给IP层传送的，但IP层只能提供尽最大努力服务。也就是说，TCP下面的网络所提供的是不可靠的传输。因此，TCP必须采用适当的措施才能使得两个传输层之间的通信变得可靠。理想的传输条件有以下特点：在这样的情况下，不采取任何措施就能实现可靠传输。然而实际的网络都不具备上述的两个条件。但是我们可以使用一些可靠传输协议，当出现差错时让发送方重传出现差错的数据，同时在接收方来不及处理收到的数据时，及时告知发送方降低数据发送的速度——流量控制。这样本来不可靠的信道就能实现可靠的传输。可靠传输：即发送端发送的是什么，接收端接收到的就是什么。也就是在数据传输的过程中没有传输差错。数据传输过程中可能出现的问题：比特出差错、丢包。可靠传输的方法：停止-等待协议、滑动窗口协议。(1) 全双工通信的双方既是发送方也是接收方，但是为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据（发送方），一方接收数据（接收方）。(2) 数据传输的过程中既可能出现差错，又有可能出现丢包的现象。(3) 所有传输的数据单元称为分组。发送方每发送一分组就停止等待，只有等到了接收方发送来的确认后才可以发送下一个分组。(1)分组丢失或检测到分组出错发送方在传输过程中分组丢失，这时接收方没有接收到分组不会知道发送方发送了分组，就不会给发送方返回确认信息（分组出错，接收方会直接丢弃分组也不会返回确认信息），而发送方在等待接收方的确认信息以此来发送下一个分组。所以可靠传输协议这样规定：当发送方超过一段时间没有仍然没有收到的确认，就认为刚才的分组丢失了，因而重传前面的发送过的分组。这就是超时重传。超时重传要求在每次发送完一个分组时设置一个超时计时器，如果在超时计时器到期之前收到了对方的确认，就撤销已设置的超时计时器。(2)确认分组（ACK）丢失接收端接收了发送方传输的分组后，向发送方发送ACK，但是ACK在传输过程中丢失了，那么发送方就收不到确认信息，这时发送端超时计时器到期后就要重传分组，接收方仍会重复接收分组，并且丢弃重复的分组，并重传ACK。(3)ACK分组迟到下图的传输过程没有出现差错，接收方接收分组后向发送方发送ACK，但是确认信息迟到了，在超时计时器到期后发送方会重新发送分组，接收方仍然会重复接收分组，并且丢弃重复的分组，并重传ACK。当发送方收到ACK后会发送下一个分组，在后来发送方收到迟到的ACK时，发送方会收下并直接丢失。优缺点：停止等待协议优点是简单，但缺点是信道利用率太低。假定A发送分组需要的时间是TD。显然，TD等于分组的长度除以数据率。再假定分组正确到达B后，B处理分组的时间可以忽略不计，同时立即发回确认。假定B发送确认分组需要时间TA，如果A处理确认分组的时间也可以忽略不计，那么A在经过（TD+ RTT + TA）后就可以再发送下一个分组，这里的RTT是往返时间。信道利用率：发送方在一个发送周期内，有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率。因为仅仅是在时间TD内才用来传送有用数据（包括分组的首部），因此信道利用率U为：为了提高传输效率，发送方可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用流水线传输。流水线传输就是发送方可以连续发送多个分组，不必每次发完一个分组就停下来等待对方的确认。这样信道上一直有数据在不断的传送，显然这样会提供信道利用率。在回退N步协议中，允许发送方发送多个分组而不需等待确认，但它也受限于流水线中未确认的分组数不能超过某个最大允许数N。发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。如上图所示，发送方收到了对第0分组的确认后，将发送窗口向前移动一个分组的位置。上图表示了GBN协议的序号范围示意图。其中序号被分割成了四个部分，各个部分的含义如图所示。(1)上层的调用。(2)收到一个ACK：GBN协议中，对序号为n的分组的确认是采用累积确认（cumulative acknowledgement）的方式。(3)超时事件：如果发生超时事件，发送方重传所有已发送但还未被确认过的分组。(1) 如果接收方正确收到n号分组，并且按序（即上次交付给上层的分组序号是n-1），则接收方位分组n发送一个ACK，并将该分组交付给上层。(2) 其他情况，接收方丢弃分组，并为最近按序接收到的分组重新发送ACK。即GBN协议中，接收方丢失所有失序的分组，接收方不缓存任何的失序分组，只需要维护一个下一个按序接收的分组序号：expectedseqnum。很显然，GBN协议对失序的分组选择直接丢失的行为优点是使得接收缓存简单，即接收方不缓存任何失序的分组，但是缺点也是非常明显的，由于一个分组出错可能需要重传原来已经正确传送的分组，这对资源无疑是一种浪费，其次这些重传的分组也许也会丢失或出错，从而导致更多的重传。最后，用一个例子总结下一GBN协议的工作流程(1) 发送端发送0、1、2、3号分组，此时发送窗口已满，不能在发送新的分组，在4个分组的传输的过程中，其中2号分组丢失。(2) 接收方返回对0号分组的确认，此时窗口向前滑动一个分组位置，并同时发送4号分组。此时，由于0号分组已被确认，计时器重新启动，开始为分组1开始计时....(3) 接收方在接收到发送方的0号分组后期望接下来收到1号分组，但是没有收到1号分组，但是却收到2号分组和3号分组，所以直接丢失，并向发送方返回ACK 0，同样对于之后收到的4号分组也是直接丢失并返回ACK 0，此时窗口已经满了，也无法发送新的分组。(4) 在计时器超时后，发送方重传所有已发送但是没有被确认的分组，即1号、2号、3号和4号分组，如果这次没有分组丢失，那么接收方会返回这4个分组的确认，发送方在收到确认后，将窗口向前移动4个分组位置。(1)GBN协议使用累积确认机制。(2)接收方只按顺序接收分组，不按序的分组直接丢失。(3)重传时需要重传全部已发送但是没有被确认的分组。(4)确认序列号最大的、按序到达的分组。选择重传协议是对GBN协议的缺点进行了改进，GNB超时重传会对那些已经正确传送的分组都重新传送，并且对失序到达的分组直接丢失。选择重选协议通过让发送方仅重传那些可能在接收方出错（即丢失或受损）的分组而避免了不必须要的重传。SR协议的改进措施：下图表示选择重选协议的发送窗口和接收窗口。发送窗口和同步窗口是不同步的。(1)上层的调用。(2)收到一个ACK。如下图所示，当收到2号分组的确认后，窗口向前滑动一直到最小序号的未确认的分组处，即5号分组处。(3)超时：定时器再次被用来发送丢失的分组。每个分组都有自己的逻辑定时器，因为超时发生后只能发送一个分组。(1) SR接收方将确认一个正确接收的分组（在窗口内）而不管其是否按序。失序的分组将被缓存直到所有丢失的分组（即序号更小的分组）都被收到为止，这是才可将一批分组按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。如果接收方收到一个在窗口左侧的分组（确切的来说，左边一个窗口大小范围的序号分组，即rev_base - N~rev_base - 1），在这种情况下，必须发送一个ACk，即使该分组是接收方以前已确认的分组。对于其他情况，则忽略分组即可。下面的图可以表示SR协议的工作过程，具体分析过程和GBN协议相似，这里就不细说了。(1)对窗口内的分组逐一确认，收一个确认一个。(2)只传出错的分组。(3)接收方有缓存机制，存放失序的分组。

补充：1、建立连接的时候三次握手，解除连接的时候四次挥手； 2、确认机制：超时重传，捎带确认，合并确认；3、CRC校验机制4、流量控制：滑动窗口机制 5、拥塞控制：慢开始，拥塞避免，快重传，快恢复
简单说包括三个核心： 1、连接和断开时三次握手2、确认机制（超时、捎带确认、合并确认等）3、CRC校验机制 详细的原理就不是几句话能说清了，欢迎追问。
1、确认机制 2、超时重传 3、顺序重组

三次握手，四次挥手、流量控制、拥塞控制、超时重传机制、还有的我想不起来了
三次握手