TCP 如何判断丢包

问题

TCP 是如何判断数据包丢失的？

解答

TCP 保证传输可靠性主要依靠校验和、序列号、确认应答、超时重传、连接管理、流量控制和拥塞控制这几个机制。其中判断丢包主要通过超时重传机制实现。

确认应答与序列号

TCP 传输时会对每个字节的数据进行编号（序列号）。接收方收到数据后会发送 ACK 报文，报文中包含确认序列号，告诉发送方已接收到哪些数据，下次从哪里开始发送。

序列号还能将接收到的数据排序，并去除重复数据。

超时重传

发送方发送数据后，如果在一定时间内没有收到 ACK 报文，就会触发超时重传。没收到 ACK 的原因可能是：

• 发送的数据因网络问题丢失，接收方没收到
• 接收方收到数据，但返回的 ACK 报文因网络问题丢失

超时重传的处理方式：

• 如果是数据丢失，重新发送后接收方正常响应 ACK
• 如果是 ACK 丢失，接收方根据序列号判断是重复数据，直接丢弃并继续返回 ACK

超时等待时间是动态计算的，既要避免等待过长影响效率，也要避免等待过短导致频繁重传。

流量控制

接收端通过 TCP 报头中的 16 位窗口大小字段，告知发送端自己接收缓冲区的剩余空间。发送端根据这个值调整发送速度：

• 窗口大小越大，网络吞吐量越大
• 窗口大小为 0 时，发送方停止发送，并定期发送窗口探测数据段

这样可以防止发送速度过快导致接收端缓冲区溢出，避免丢包。

拥塞控制

TCP 使用慢启动机制避免一开始就发送大量数据造成网络拥堵：

1. 初始拥塞窗口设为 1，每收到一个 ACK，拥塞窗口加 1（指数增长）
2. 发送数据前，取拥塞窗口和接收端窗口的较小值作为实际发送窗口
3. 设置拥塞窗口阈值，超过阈值后改为线性增长
4. 发生超时重传时，阈值降为当前拥塞窗口的一半，拥塞窗口重置为 1

关键点

• TCP 通过超时重传机制判断丢包，发送数据后在动态计算的时间内未收到 ACK 就认为丢包
• 序列号机制可以识别重复数据，避免 ACK 丢失时的重复处理
• 流量控制通过窗口大小防止接收端缓冲区溢出导致的丢包
• 拥塞控制使用慢启动和动态调整窗口，避免网络拥堵引发的丢包
• 发生超时重传时，拥塞窗口阈值减半，拥塞窗口重置为 1