面试题答案
一键面试保证数据可靠传输的机制
- 校验和（Checksum）：
- 原理：TCP 协议在发送端将待发送的数据和伪首部一起计算校验和，接收端收到数据后，以同样的方法计算校验和并与接收到的校验和比较。若两者一致，则认为数据在传输过程中未被破坏。
- 实际编程问题：校验和计算错误可能导致数据错误未被检测出来，但现代网络硬件和软件实现中这种情况极少发生。解决方法是遵循标准的校验和计算算法，如 RFC 中规定的算法，并在不同环境下进行充分测试。
- 序列号（Sequence Number）：
- 原理：TCP 对每个发送的字节都分配一个序列号。接收端根据序列号按序重组数据，确保数据按发送顺序交付给应用层。发送端通过序列号来确认哪些数据已被接收端正确接收，以便重传未确认的数据。
- 实际编程问题：序列号回绕问题，即当序列号达到最大值后会重新从 0 开始，可能导致数据混淆。解决方法是通过时间戳选项（TCP Timestamp Option）扩展序列号空间，或者在长连接传输大量数据时，合理设置连接的存活时间和重连机制。
- 确认应答（ACK）：
- 原理：接收端接收到数据后，会向发送端发送确认报文（ACK），告知发送端数据已成功接收。发送端只有收到对已发送数据的 ACK 后，才会继续发送后续数据。若在一定时间内未收到 ACK，则认为数据传输失败并进行重传。
- 实际编程问题：ACK 丢失问题，可能导致发送端不必要的重传。解决方法是设置合理的重传定时器，当定时器超时未收到 ACK 时重传数据。同时，可以采用快速重传机制，即当接收端连续收到多个失序的报文段时，重复发送相同的 ACK，发送端若收到多个相同的 ACK，则在定时器超时前进行重传。
- 重传机制：
- 原理：分为超时重传和快速重传。超时重传是指发送端在发送数据后，启动重传定时器，若定时器超时未收到 ACK，则重传数据。快速重传是当发送端收到 3 个或以上重复的 ACK 时，就认为有数据包丢失，立即重传丢失的数据包，而无需等待重传定时器超时。
- 实际编程问题：重传定时器的设置较为关键，设置过短会导致不必要的重传，增加网络负担；设置过长则会影响数据传输效率。解决方法是根据网络状况动态调整重传定时器，如采用 Karn 算法结合 RTT（往返时间）的估计来设置合理的重传定时器。
流量控制机制
- 滑动窗口（Sliding Window）：
- 原理：发送端和接收端都维护一个窗口，接收端通过在 ACK 报文中通告自己的接收窗口大小（rwnd），告知发送端自己当前能够接收的数据量。发送端根据接收端通告的窗口大小以及自身的拥塞窗口大小（cwnd）来决定可以发送的数据量。滑动窗口允许发送端在未收到 ACK 的情况下，连续发送多个数据包，提高了传输效率，同时避免发送过多数据导致接收端缓冲区溢出。
- 实际编程问题：窗口死锁问题，即接收端由于某些原因（如应用层处理速度慢）未能及时调整接收窗口大小并通告给发送端，而发送端一直等待接收端扩大窗口才继续发送数据，导致双方都停止数据传输。解决方法是在发送端引入持续定时器（Persistent Timer），当发送端收到零窗口通告（rwnd = 0）时，启动持续定时器，定时器超时后，发送端发送一个只有 1 字节数据的探测报文，促使接收端更新窗口大小并通告给发送端。
- 拥塞控制：
- 原理：拥塞控制是为了防止网络出现拥塞，保证网络的稳定性。TCP 拥塞控制主要通过慢开始（Slow - Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快速重传（Fast Retransmit）和快速恢复（Fast Recovery）四个阶段来实现。在慢开始阶段，拥塞窗口（cwnd）初始化为一个 MSS（最大段大小），每收到一个 ACK，cwnd 就增加一个 MSS，使发送速率呈指数增长。当 cwnd 达到慢开始门限（ssthresh）时，进入拥塞避免阶段，此时每收到一个 ACK，cwnd 增加 1/cwnd 个 MSS，发送速率线性增长。当发生超时重传时，ssthresh 变为当前 cwnd 的一半，cwnd 重新设置为 1 个 MSS，进入慢开始阶段；当收到 3 个重复 ACK 时，执行快速重传和快速恢复，ssthresh 变为当前 cwnd 的一半，cwnd 设置为 ssthresh + 3 个 MSS，进入拥塞避免阶段。
- 实际编程问题：不同网络环境下，拥塞控制参数（如 ssthresh、cwnd 初始值等）的设置可能不合理，导致网络性能不佳。解决方法是采用自适应的拥塞控制算法，根据网络实时的带宽、延迟等状况动态调整参数，如 BBR（Bottleneck Bandwidth and RTT）拥塞控制算法，它通过探测瓶颈带宽和往返时间来更有效地利用网络资源。