面试题：网络编程之Socket字节流处理基础

Question

在Socket编程中，字节流和数据报文有什么主要区别？请简述在TCP协议下如何处理字节流以确保数据的完整性和准确性。

Answer 1

字节流和数据报文的主要区别

1. 数据结构：
   • 字节流：无明显边界，数据像水流一样连续传输，以字节为单位顺序排列，接收方不知道数据应该按何种逻辑边界划分。例如在文件传输场景下，文件内容以字节流形式传输，没有预先定义的报文边界。
   • 数据报文：有明确边界，以报文为单位传输，每个报文都有特定的结构，如报头和正文等。像UDP协议传输的数据，每个UDP数据包就是一个报文，接收方可以清晰识别每个报文的开始和结束。
2. 可靠性：
   • 字节流：一般提供可靠传输。例如TCP使用字节流，通过序列号、确认应答、重传机制等保证数据无差错、不丢失、不重复且按序到达。
   • 数据报文：通常可靠性相对较弱。以UDP为例，它不保证数据一定能到达目的地，也不保证数据顺序，可能会出现丢包、乱序等情况。
3. 传输效率：
   • 字节流：由于要保证可靠性，在传输过程中需要额外的控制信息（如TCP的确认应答等），传输效率相对报文可能稍低。例如在对可靠性要求高的金融数据传输场景下，即使效率稍低，也会选择字节流传输。
   • 数据报文：没有复杂的可靠性机制，传输效率较高，适合对实时性要求高但对数据完整性要求相对较低的场景，如视频流、音频流传输。

在TCP协议下处理字节流以确保数据完整性和准确性的方法

1. 序列号：
   • TCP为每个发送的字节分配一个序列号。发送方在发送数据时，将字节流中的每个字节按顺序编号。接收方根据序列号对接收的数据进行排序，从而保证数据按发送顺序正确重组。例如，发送方发送数据块A、B、C，序列号依次为1、1001、2001，接收方根据序列号能正确排列这些数据块。
2. 确认应答：
   • 接收方在接收到数据后，会向发送方发送确认应答（ACK）。ACK中包含已成功接收数据的序列号，告知发送方哪些数据已被正确接收。发送方只有收到相应的ACK，才认为数据传输成功。若在规定时间内未收到ACK，发送方会重传未确认的数据。比如发送方发送了序列号1 - 1000的数据，接收方正确接收后，会发送ACK确认序号1000，表示1 - 1000的数据已成功接收。
3. 滑动窗口：
   • 发送方和接收方都维护一个滑动窗口。发送方的滑动窗口决定了在未收到ACK的情况下可以连续发送的数据量。接收方的滑动窗口则表示接收方当前可以接收的数据量。通过滑动窗口机制，既能提高传输效率，又能避免发送方发送过多数据导致接收方处理不过来而丢包。例如，发送方滑动窗口大小为1000字节，它可以连续发送1000字节的数据，接收方处理完部分数据后，调整滑动窗口告知发送方可以继续发送新的数据。
4. 校验和：
   • TCP在数据传输过程中会对每个报文段计算校验和。发送方计算校验和并将其放入TCP首部，接收方收到数据后重新计算校验和，并与首部中的校验和进行比较。若不一致，则说明数据在传输过程中出现错误，接收方会丢弃该报文段，发送方会重传。这保证了数据在传输过程中的准确性。