TCP协议通过多种核心技术确保数据传输的可靠性，其核心机制可归纳为以下六大关键技术：
一、序列号与确认应答机制
- 字节流编号
TCP为每个传输的字节分配唯一序列号（Sequence Number），接收方通过确认号（ACK）反馈已成功接收的连续字节范围。例如，若发送方发送序号为1-1000的数据，接收方返回ACK=1001，表明已正确接收前1000字节，并期待下一段数据从1001开始。- 作用：确保数据有序性和完整性，解决网络乱序问题。
- 累积确认与延迟确认
- 累积确认：ACK确认号为当前连续接收的最大字节序号（如ACK=5000表示0-4999字节已接收）。
- 延迟确认：接收方延迟发送ACK以合并多个确认，减少网络开销。
二、超时重传与快速重传机制
- 超时重传（RTO）
- 原理：发送方启动定时器，若在往返时间（RTT）内未收到ACK，则重传数据。
- 动态调整：RTO基于RTT估算值动态调整，避免过早或过晚触发重传。
- 快速重传（Fast Retransmit）
- 触发条件：发送方连续收到3次重复ACK（如ACK=1001重复三次），立即重传对应数据段。
- 优势：无需等待超时，减少延迟（例如视频流中丢包时快速恢复）。
三、滑动窗口与流量控制
- 滑动窗口协议
- 发送窗口：动态调整未确认数据的最大发送量，基于接收方的接收窗口（rwnd）通告值。
- 流量控制：防止接收方缓冲区溢出，例如当rwnd=0时发送方暂停发送，直到窗口更新。
- 窗口动态更新
- 接收方通过ACK报文中的窗口字段实时反馈剩余缓冲区空间，发送方据此调整发送速率。
四、校验和与错误检测
- 校验和机制
- 计算方式：TCP首部和数据部分均参与16位校验和计算，接收方验证后丢弃错误报文。
- 作用：检测传输过程中的数据损坏（如比特翻转）。
- 自动丢弃重复数据
- 接收方通过序列号识别重复报文（如网络重传导致的数据冗余），直接丢弃以避免重复处理。
五、拥塞控制算法
- 慢启动（Slow Start）
- 初始阶段：拥塞窗口（cwnd）从1个MSS（最大报文段）开始，每收到一个ACK，cwnd指数增长（cwnd *= 2）。
- 退出条件：cwnd达到慢启动阈值（ssthresh）后进入拥塞避免阶段。
- 拥塞避免（Congestion Avoidance）
- 线性增长：每RTT增加1个MSS，避免窗口膨胀导致网络拥塞。
- 快速恢复（Fast Recovery）
- 触发后调整：发生快速重传时，ssthresh设为当前cwnd的一半，cwnd = ssthresh + 3，后续线性增长。
六、选择性确认（SACK）
- 机制原理
- 接收方通过SACK选项告知发送方已接收的非连续数据块（如已接收1000-2000和3000-4000，但缺少2001-2999）。
- 示例：发送方仅重传丢失的2001-2999数据，避免全量重传。
- 优化效果
- 减少冗余重传，提升带宽利用率（尤其在高速网络或高丢包率场景中显著）。
总结
TCP通过序列号与确认机制保证数据有序性，重传机制应对丢包，滑动窗口实现流量控制，校验和确保数据完整性，拥塞控制算法动态适应网络状态，以及SACK优化重传效率。这些技术协同工作，使TCP成为互联网可靠传输的核心协议。