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tags: [计算机网络, TCP可靠传输, 序列号, 确认号, 重传]
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create time: 2026-05-18 01:50
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# 可靠传输机制
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## 概述
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TCP 承诺"可靠交付"——不管中间网络多么不可靠，发送方最终确保每个字节都被接收方完整、有序地收到。这是通过**序列号/确认号 + 重传 + 校验**组合实现的。
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## 序列号（Sequence Number）
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### 基本原理
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每个 TCP 段有一个 32 bit 的序列号，代表该段的**第一个数据字节在整个流中的位置**。
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```
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发送方发出的数据流:
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字节: 0 1 2 3 ... 99 100
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├─────┼─────┼─────┼───┤ └───┤
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│ Seg1│ Seg2│ Seg3│...│ │SegN│
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seq=0 seq=50 seq=100 seq=99
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Seq 值范围: 0 ~ 2^32 - 1 = 4,294,967,295 (约 4GB)
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回绕: 到达最大值后回到初始 ISN (Initial Sequence Number)
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```
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### ISN（Initial Sequence Number）生成策略
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```go
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// Go 的 net包: ISN 使用随机化防止预测攻击
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func getISN() uint32 {
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// crypto/rand 或 /dev/urandom
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return randomUint32()
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}
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```
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Linux 默认 ISN = jiffies + hash(src/dst IP/port)，现代内核已改为完全随机化。
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## 确认号（Acknowledgment Number）
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| 含义 | 说明 |
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|------|------|
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| ack = N | "我已经收到了 **N-1 及之前**的所有字节" |
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| ack = expected next byte | 期望对方下一个收到的字节序号 |
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| ACK = 0 的情况 | 仅在 SYN/FIN 阶段出现（它们不占序列号空间）|
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### SACK（Selective Acknowledgment）
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标准 TCP 只能确认"前面的所有字节都到了"，SACK 允许接收方告诉发送方"**哪些乱序的块我也收到了**"：
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```
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正常 ACK: SACK:
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──────── ────────
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收齐了 [0,49] 收到: [0,49] [100,149] [200,249]
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ack=50 缺: [50,99] [150,199]
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↑
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只重传缺的!
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```bash
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$ sysctl net.ipv4.tcp_sack
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net.ipv4.tcp_sack = 1 # Linux 默认开启
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```
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## 超时重传（RTO - Retransmission Timeout）
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### RTO 计算（Jacobson/Karels 算法）
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```
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RTT_sample = T_arrival - T_sent // 本次往返时间
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rtt_variance = (1 - β) * rtt_variance + β * |RTT_sample - RTT_avg|
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β = 1/4
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RTO = RTT_avg + 4 * rtt_variance
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α = 3/4
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初始 RTO: 至少 1 秒 (RFC 6298)
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最大 RTO: 60 秒
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```
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### 快速重传（Fast Retransmit）
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如果收到**3 个重复 ACK**（duplicate ACK），说明某个包很可能丢了——不等 RTO 过期立即重传：
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```mermaid
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flowchart LR
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A["Segment 1 → recv ✅"] --> B["Segment 2 → recv ✅"]
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B --> C["Segment 3 → LOST ❌"]
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C --> D["DupACK for seg 2 ×3"]
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D -->|"触发快速重传"| E["Re-send Segment 3 immediately ✅"]
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style C fill:#FF6B6B,color:#fff
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style E fill:#98FB98,color:#000
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```
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```
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传统 RTO 重传 vs 快速重传:
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─────────────────────────
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传统: 丢包 → 等 RTO(≥1s) → 重传 → 再等一个 RTT → 共 ≥ 2s
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快速: 丢包 → 收到3个dup ACK(~1个RTT) → 立即重传 → 共 ~1 RTT
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```
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## Go 中的 TCP KeepAlive
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```go
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import "golang.org/x/sys/unix"
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// 设置 TCP keepalive (Go stdlib 1.11+)
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ln, _ := net.Listen("tcp", ":8080")
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conn, _ := ln.Accept()
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if tc, ok := conn.(*net.TCPConn); ok {
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// 每 30s 发送一次 keepalive probe
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tc.SetKeepAlive(true)
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tc.SetKeepAlivePeriod(30 * time.Second)
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// 最多重试 3 次 (内核参数 net.ipv4.tcp_keepalive_probes)
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// 总超时 = 30s * 3 = 90s
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}
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```
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```bash
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# Linux 内核默认值
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$ sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_time # 首次探测前的空闲时间
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net.ipv4.tcp_keepalive_time = 7200 # 2小时！
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$ sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_intvl # 两次探测间隔
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net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 75 # 75秒
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$ sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_probes # 最多探测次数
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net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 9 # 9次
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```
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> [!tip] 为什么 Go http.Server 默认没有 keepalive？
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> `http.Transport` 的 IdleConnTimeout 默认是 90s，但底层的底层 keepalive 由操作系统控制。高并发服务通常需要手动调小 `SetKeepAlivePeriod()` 和内核参数。
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## 紧急数据（URG）
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[普通数据] [URG flag set] [+1 urgent data byte] [普通数据]
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^^^^
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"请立刻处理这个字节!"
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```
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紧急指针指向 URG 标志后的那个字节。但由于许多应用忽略 URG 功能（Nagle 算法可能与 URG 冲突），现代实践中极少使用。
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## 粘包与拆包的根因
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> ⚠️ 注意：这个问题虽然在本节讨论，但它其实是应用层协议的设计问题，详见 [[hhs/NETWORK/TCP粘包与拆包]]
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### 为什么会粘包？
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```
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发送端 write("HELLO") → TCP 缓冲 → 合并成一个段 "HELLOWORLD" → 接收端 read() 拿到一整串
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发送端 write("WORLD") → 因为 Nagle 算法延迟发送，合并了上一段
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```
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### 为什么会拆包？
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发送端 write("HELLO WORLD THIS IS LONG") → 超过 MSS → TCP 自动分片
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接收端 read(5) → 只读到 "HELLO" → 剩下在缓冲区等待下次 read()
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## 关联笔记
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- [[hhs/NETWORK/TCP粘包与拆包]] — 应用层解决方案详解
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- [[hhs/NETWORK/TCP拥塞控制]] — 重传与拥塞窗口联动
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||
- [[hhs/NETWORK/TCP流量控制]] — 滑动窗口管理
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