TCP可靠传输

速查

TCP 用序号、确认号、超时重传、滑动窗口实现可靠传输，保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。确认方式为累积确认：$ack=N$ 表示 N 之前全部正确接收；$RTO = RTTs + 4 \times RTTd$；发送窗口 = min(rwnd, cwnd)，右边界 = 左边界 + rwnd。

核心概念 ▾

TCP 通过序号、确认号、超时重传、滑动窗口等机制实现可靠传输，确保数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。

可靠传输四大机制

机制	作用	核心思想
序号机制	标识字节顺序	每个字节都有唯一序号
确认机制	反馈接收情况	累积确认，告知期望下一字节
超时重传	丢失恢复	超时未确认则重传
滑动窗口	流量控制基础	限制发送速率

关键定义 ▾

TCP 序号与确认号

字段	说明
seq（序号）	本报文段数据部分第一个字节的编号
ack（确认号）	期望收到对方下一个报文段的第一个字节编号
确认方式	累积确认：确认号 N 表示 N 之前所有数据已正确接收

确认方式对比

方式	说明	TCP 使用
逐条确认	每收到一个报文段就确认	✗
累积确认	确认号表示"该号之前全收到"	✓
延迟确认	等待一段时间再发送 ACK（最多 500ms）	✓

超时重传机制

要素	说明
RTO（超时重传时间）	动态计算，略大于 RTT
RTT（往返时间）	从发送到收到确认的时间
RTTs（加权平均 RTT）	$RTTs = (1-\alpha)\times RTTs_{旧} + \alpha\times RTT_{新}$，$\alpha = 0.125$
RTTd（偏差）	$RTTd = (1-\beta)\times RTTd_{旧} + \beta\times\|RTTs - RTT_{新}\|$，$\beta = 0.25$
RTO 计算	$RTO = RTTs + 4\times RTTd$

滑动窗口

发送窗口结构：
|<--- 已发送已确认 --->|<--- 已发送未确认 --->|<--- 可发送 --->|<--- 不可发送 --->|
                     发送窗口左边界                              发送窗口右边界

窗口参数	说明
发送窗口大小	由接收方通告的 rwnd（接收窗口）决定
窗口左边界	最早未确认的序号
窗口右边界	左边界 + rwnd
窗口内数据	可以发送（已发送未确认 + 未发送可发送）

手算示例 ▾

示例 1：序号与确认号计算

题目：A 向 B 发送数据，初始序号 $seq = 100$，发送 200 字节数据。解答：第一段 $seq = 100$，数据 200 字节；B 收到后回复 $ack = 300$（期望第 300 字节），即确认了序号 100~299 的全部数据。

示例 2：滑动窗口滑动过程

题目：发送窗口大小 = 400 字节，初始 $seq = 0$。

初始状态：
[已确认|待确认|可发送|不可发送]
 0      0       400    ∞

发送 seq=0,100,200,300 各 100 字节后：
[已确认|待确认|可发送|不可发送]
 0      0      400    ∞      ← 全部待确认，窗口满

收到 ack=200 后（前 200 字节确认）：
[已确认|待确认|可发送|不可发送]
 0-199  200     600    ∞      ← 窗口右移 200 字节

示例 3：超时重传时间计算

题目：初始 $RTTs = 100$ms，$RTTd = 5$ms，新 RTT 依次为 110、90、100ms。

第 1 次：$RTTs = 0.875\times100 + 0.125\times110 = 101.25$ms；$RTTd = 0.75\times5 + 0.25\times|101.25-110| = 5.94$ms；$RTO = 101.25 + 4\times5.94 = 125$ms。
第 2 次：$RTTs = 0.875\times101.25 + 0.125\times90 = 99.84$ms；$RTTd = 0.75\times5.94 + 0.25\times|99.84-90| = 6.92$ms；$RTO = 99.84 + 4\times6.92 = 127.5$ms。

示例 4：GBN 与 SR 协议手算

GBN：发送 0,1,2,3 → 窗口满（W=4）；帧 1 丢失，接收方丢弃 2,3（$Wr=1$ 只接受按序帧）；超时重传 1,2,3（回退 N）。SR：帧 1 丢失，接收方缓存 2,3（$Wr>1$）；超时仅重传帧 1（选择性），效率高但需缓存。

常见考法 ▾

给出某段报文，求 seq 和 ack。
窗口滑动题：给窗口大小 + 已确认长度，求窗口位置。
计算 RTO：给 RTTs、RTTd、新 RTT，套 $RTO = RTTs + 4\times RTTd$。
GBN vs SR 协议手算：确定重传范围。

易错点 ▾

❌ 确认号含义：确认号 N 表示期望收到第 N 字节（N 前全部收到），不是"收到 N 字节"。
❌ RTO 不是常数：是动态计算的，$\alpha=0.125$、$\beta=0.25$。
❌ 窗口右移时机：收到确认后窗口才右移，不是发送完立即右移。
❌ GBN/SR 区别：GBN 缓存只有一个，SR 需多个缓存（接收窗口 $Wr>1$）。

核心结论 ▾

TCP 可靠传输 = 序号 + 确认号 + 超时重传 + 滑动窗口。
确认号是累积的：告诉对方"该号之前全收到"。
RTO 动态计算：$RTO = RTTs + 4 \times RTTd$。
发送窗口 = 接收窗口 rwnd（不做拥塞时）；窗口右边界 = 左边界 + rwnd。
GBN 回退重传（丢一重 N），SR 选择性重传（效率高需缓存）。

记忆卡片 ▾

TCP 可靠传输三/四大机制？

序号、确认、超时重传、滑动窗口。保证无差错、不丢失、不重复、按序到达。

ack=N 表示什么？

N 之前所有字节全部正确接收，期望收到序号 N 的字节。是累积确认。

RTO 公式？

$RTO = RTTs + 4 \times RTTd$；$RTTs=(1-\alpha)RTTs+\alpha RTT_{new}$（α=0.125）；$RTTd=(1-\beta)RTTd+\beta|RTTs-RTT_{new}|$（β=0.25）。

GBN 和 SR 核心区别？

GBN 丢一个重传窗口全部；SR 只重传丢失的那一个（需接收缓存 $W_r>1$）。

交互动画 · 超时重传（GBN vs SR） ▾

选择协议，观察丢帧后的重传范围

点击按钮开始

GBN：帧 1 丢失，回退重传 1、2、3（橙色虚线）；SR：只重传丢失的帧 1，帧 2、3 无需重传。