面试题：网络编程之TCP/IP协议栈广域网传输基础

Question

在广域网环境下，简述TCP协议是如何保证数据可靠传输的，涉及哪些关键机制？

Answer 1

确认机制

1. 工作原理：接收方收到数据后，会向发送方发送确认报文（ACK），告知发送方数据已成功接收。发送方只有在收到对应的ACK后，才会认为该数据段已被成功接收。
2. 作用：确保发送方知晓数据的接收情况，避免数据丢失。例如，若发送方发送了数据段1，接收方正确接收后返回ACK1，发送方收到ACK1就确认数据段1传输成功。

重传机制

1. 超时重传：发送方在发送数据时，会启动一个定时器。若在定时器设定的时间内没有收到接收方的ACK，就会重新发送该数据段。例如，发送方发送数据段2，启动定时器，若超时未收到ACK2，则重发数据段2。
2. 快速重传：当接收方检测到数据缺失时，会重复发送之前数据段的ACK。若发送方连续收到多个相同ACK，就知道中间有数据段丢失，不等定时器超时就重传该数据段。例如，接收方收到数据段3、5，缺失数据段4，就会连续发送ACK3，发送方收到多个ACK3后，重发数据段4。

校验和机制

1. 工作原理：在数据传输前，发送方会根据数据内容计算一个校验和，并将其附加在数据段中。接收方收到数据后，采用相同算法重新计算校验和，并与接收到的校验和进行比较。
2. 作用：如果两者不一致，说明数据在传输过程中发生了错误，接收方会丢弃该数据段，发送方会通过重传机制重新发送。

窗口机制

1. 滑动窗口：发送方和接收方都有一个滑动窗口，窗口大小表示可以接收或发送的数据量。发送方在窗口内的数据可以连续发送，而无需等待每个数据段的ACK。随着ACK的到来，窗口会向前滑动。例如，初始窗口大小为3，发送方可以连续发送数据段1、2、3，收到ACK1后，窗口向前滑动，可继续发送数据段4。
2. 流量控制：接收方通过调整窗口大小来告知发送方自己的接收能力，防止发送方发送数据过快导致接收方缓冲区溢出。例如，接收方缓冲区快满时，减小窗口大小告知发送方少发数据。
3. 拥塞控制：发送方根据网络拥塞情况动态调整窗口大小。当网络出现拥塞时，发送方会降低发送速率，避免网络进一步拥塞。例如，采用慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复等算法来调整窗口大小。