TCP（传输控制协议）的可靠传输是通过一系列机制保证数据准确、有序、不丢失地到达接收方。以下是TCP可靠传输的详细过程及核心机制：

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1. 数据分块与序列号（Seq）

• 分块：应用层数据被分割成适合传输的TCP报文段（MSS，通常1460字节）。

• 序列号（Seq）：每个字节都被编号，Seq表示该报文段第一个字节的序号。
  例如：发送一个1000字节的数据，若Seq=1，则下一个报文段的Seq=1001。

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2. 确认应答（ACK）

• ACK机制：接收方收到数据后，必须发送ACK确认报文，告知发送方已成功接收。

  • ACK号 = 期望收到的下一个字节的序号（即最后一个成功接收的字节序号 +1）。
    例如：收到Seq=1、长度=1000的数据，则返回ACK=1001。

• 累积确认：TCP通常对按序到达的连续数据批量确认（如ACK=1001表示1000及之前的所有字节已接收）。

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3. 超时重传（Retransmission）

• RTO（Retransmission Timeout）：发送方为每个报文段启动定时器，若超时未收到ACK，则重传。

  • RTO动态计算：基于RTT（往返时间）自适应调整（如Karn算法、Jacobson算法）。

• 快速重传：如果收到3个重复ACK（如连续收到ACK=1001），说明后续数据可能丢失，立即重传而不等待超时。

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4. 滑动窗口（Flow Control）

• 窗口大小（Window）：接收方通过TCP头部的Window字段告知可用缓冲区大小，控制发送方的速率（流量控制）。

  • 发送方只能发送窗口内未被确认的数据。

  • 窗口动态滑动：随着ACK的到达，窗口向前移动。

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5. 顺序控制与重排序

• 乱序处理：接收方通过Seq号对乱序报文段排序，仅对连续数据返回ACK。

  • SACK（选择性确认）：可选机制，显式告知发送方哪些数据块已接收（解决非连续ACK的问题）。

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6. 连接管理与状态维护

• 三次握手：建立连接时同步初始序列号（ISN），确保双方准备好传输。

  • 过程：SYN → SYN-ACK → ACK。

• 四次挥手：可靠释放连接，确保数据全部传输完毕。

  • 过程：FIN → ACK → FIN → ACK。

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7. 拥塞控制（Congestion Control）

• 慢启动（Slow Start）：窗口从1个MSS开始，按指数增长（每RTT翻倍）。

• 拥塞避免（AIMD）：达到阈值后，窗口线性增长。

• 快速恢复：发生拥塞时（如丢包），窗口减半并进入线性增长阶段。

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可靠传输全过程示例

假设主机A向主机B发送数据：

1. 发送数据：

   • A发送Seq=1、长度=1000的数据。

   • B收到后返回ACK=1001，窗口大小=3000。

2. 滑动窗口：

   • A收到ACK=1001后，窗口向右滑动，继续发送Seq=1001、2001、3001的数据。

3. 丢包处理：

   • 若Seq=2001丢失，B仍返回ACK=1001（重复ACK）。

   • A收到3个ACK=1001后，快速重传Seq=2001。

4. 拥塞控制：

   • 网络拥塞时，A检测到丢包，将窗口从4000减半至2000，进入拥塞避免阶段。

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关键点总结

机制	作用
序列号（Seq）	标识数据字节顺序，解决乱序问题。
确认应答（ACK）	接收方反馈成功接收的数据范围。
超时重传	确保丢失数据被重新发送。
滑动窗口	流量控制，防止接收方缓冲区溢出。
拥塞控制	动态调整发送速率，避免网络过载。
连接管理	通过握手/挥手确保传输的可靠启动和关闭。

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为什么TCP是可靠的？

1. 无丢失：通过ACK和重传保证。

2. 无重复：序列号去重。

3. 无乱序：序列号和滑动窗口排序。

4. 无错误：通过校验和（Checksum）验证数据完整性。