javaEE 初阶 — 传输层 TCP 协议的超时重传机制

左手的ㄟ右手 2023-10-04 21:10 176阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  超时重传机制
 *   *  1. 数据重复传输问题
     *  2. 如何解决数据重复传输问题
     *  3. 重传次数问题

**TCP 的工作机制：**

[确认应答机制][Link 1]

[连接管理机制][Link 2]

[滑动窗口][Link 3]

[流量控制与拥塞控制][Link 4]

[延时应答与捎带应答][Link 5]

[面向字节流的粘包问题与TCP的异常情况][TCP]

## 超时重传机制 ##

如果传输数据的时候丢包了该怎么办？

利用 **超时重传**，也就是超过了一定的时间，如果还没响应就重新传输。

丢包涉及到两种情况：

1.  **发送的数据丢了。**
2.  **返回的 ACK 丢了。**

发送方是区分不了是哪种情况，于是这两种就都会被认为是丢包了。

由于丢包是一个概率性事件，（通常概率较小）因此，如果重新发送一下这个数据报，还是有很大的概率成功传输的。  
因此，TCP 就引入了**重传机制**，在丢包的时候，就要再发一次同样的数据。  
  
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如何判断这次传输是丢包了，还是 ACK 还在返回的路上呢？

TCP 直接引入了一个 **时间阈值**，发送方发送了一个数据之后，就会等待 ACK ，此时就会开始计时。  
如果在这个时间阈值之内也没有收到 ACK ，就不管 ACK 是还在路上，还是彻底丢了，就会直接视为丢包了。

就好比老师要收你的作业，你说没带，但是此时老师认为没带就是没写。

### 1. 数据重复传输问题 ###

这是由于重传，接收方重复的消息收到了两次。  
  
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把数据发送过去之后，返回的 ACK 丢包了，由于重传，又把相同的数据重新传输了一遍。

就好比张三妈妈喊他吃饭，他虽然听见了，但是还在忙自己的事情并没有过来。  
妈妈就相当于是发送方，张三就相当于是接收方，而张三还没有过来吃饭就相当于是 ACK 还未返回。  
这个时候，妈妈就会再喊一遍，张三听到后决定过来吃饭，相当于 ACK 返回了。

张三作为接收方，收到作为发送方的妈妈两次发送的数据。  
  
如果发送的数据是一个支付请求，发生重传后，那将会造成支付两次的情况。

### 2. 如何解决数据重复传输问题 ###

TCP 对于重复数据的传输是有特殊处理的，也就是**去重**。

TCP 存在一个 “接受缓冲区” 这样的存储空间（接收方操作系统内核里的一段内存）  
每个 TCP 的 socket 对象都有一个接收缓冲区（也有一个发送缓冲区）

主机A 收到 主机B 的数据后，其实是 B 的网卡读到数据了，然后把这个数据放到 B 对应 socket 的 **接收缓冲区** 中。  
  
后序应用程序使用 **getInputStream** 进一步的使用 read ，也就是从接收缓冲区里来读数据。

可以把这个 接受缓冲区 想象成一个阻塞队列。

根据数据的序号，TCP 很容易识别当前接收缓冲区里的这两条数据是否是重复的。  
如果重复，就把后来的这份数据直接丢弃，保证了应用程序调用 read 读到的数据一定是不重复的。

网络上传输的数据可能会后发先至，TCP 使用这个接收缓冲区，对收到的数据进行重新排序，  
使应用程序 read 到的数据是保证有序的（和发送顺序一致）

**小结：**

由于去重和重新排序机制的存在，发送方只要发现 ACK 还没有按时到达就会重传数据。  
即使重复传输了。即使顺序乱了，借助去重和排序，接收方都能很好的处理。（去重和排序都依赖与TCP报头上的序号）

### 3. 重传次数问题 ###

重传的数据是有可能再次丢包的，因此超时重传是有可能会重传多次的。  
但是实际上如果重传了几次后都没有传过去，此时扔继续重传，意义已经不大了。  
  
假设一次传输的丢包概率为 10%（这已经是一个非常大的数字了），那么传输的成功率为 90%。

如果第一次传输丢包，第二次传输也丢包了，此时的的丢包概率是 **1%**（10% \* 10%），如果第三次也丢了，概率就是**0.1%**。

虽然重传都丢包的概率原则上讲是非常低的，但是如果这个情况真的出现了，只能说明此时丢包的概率远远不止 10%,  
或者此时的网络出现了重大事故。  
  
因此，重传达到一定次数的时候就不会继续重传，此时会认为出现了故障。  
接下来 TCP 会尝试重置连接（相当于是重连一样），如果重置还是失败，就彻底断开连接。

重传的时候，第一次传重传和第二次重传的超时时间间隔是不一样的，一般来说，重传的轮次越大，超时时间间隔就越大。

超时时间变大，重传的频率就会降低。  
因为重传次数越多，说明重传成功的概率就越小，此时重传的太快也是白浪费系统资源。

**小结：**

可靠传输是 TCP 最核心的部分，TCP 的可靠传输就是通过 确认应答 + 超时重传 来进行体现的。  
其中确认应答描述了是传输顺利的情况，而超时重传描述的是传输出现问题的情况。  
这两者相会配合，共同支撑整体的 TCP 可靠性。

[Link 1]: https://blog.csdn.net/m0_63033419/article/details/128970343?spm=1001.2014.3001.5501
[Link 2]: https://blog.csdn.net/m0_63033419/article/details/129016700?spm=1001.2014.3001.5502
[Link 3]: https://blog.csdn.net/m0_63033419/article/details/129032826?spm=1001.2014.3001.5501
[Link 4]: https://blog.csdn.net/m0_63033419/article/details/129032948?spm=1001.2014.3001.5501
[Link 5]: https://blog.csdn.net/m0_63033419/article/details/129073258?spm=1001.2014.3001.5501
[TCP]: https://blog.csdn.net/m0_63033419/article/details/129073509?spm=1001.2014.3001.5501
[d4cbee058fa34e4d9027050e16233d72.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/d4cbee058fa34e4d9027050e16233d72.png#pic_center
[a86942ba9bea4e3e9e05996df5e709f0.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/a86942ba9bea4e3e9e05996df5e709f0.png#pic_center