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TCP協議通過使用連續ARQ協議和滑動視窗協議，來保證資料傳輸的正確性，從而提供可靠的傳輸。

一、ARQ協議

ARQ協議，即自動重傳請求（Automatic Repeat-reQuest），是OSI模型中資料鏈路層和傳輸層的錯誤糾正協議之一。它通過使用確認

和超時這兩個機制，在不可靠服務的基礎上實現可靠的資訊傳輸。如果傳送方在傳送後一段時間之內沒有收到確認幀，它通常會重新發送。ARQ包括停止等待ARQ協議和連續ARQ協議，擁有錯誤檢測（Error Detection）、正面確認（Positive Acknowledgment）、超時重傳（Retransmission after Timeout）和 負面確認及重傳（Negative Acknowledgment and Retransmission）等機制。

（1）停止等待ARQ協議

要想弄明白為什麼TCP要使用連續ARQ協議，首先需要弄清楚停止等待ARQ協議的原理。

TCP 連線是全雙工的連線，也就是說在通訊的時候，雙方既是傳送方，也是接收方。下面為了簡化問題，只考慮一方傳送，一方接受的情況。其中，A作為傳送方，B作為接收方。

1.無差錯情況

A傳送分組M1，傳送完就暫停傳送，等待B的確認。B收到M1就向A傳送確認。A在收到了對M1的確認後，就再發送下一個分組M2。依次下去傳送剩餘的資料...如下圖所示：

2.出現差錯

如果A傳送的過程中出現差錯，B在接收M1時檢測出了差錯，就丟棄M1，其他什麼都不做（也不會通知A收到有差錯的分組）。又或者A傳送的過程中分組丟失了，以上這兩種情況下，B不會發送任何資訊。 

既然說它是可靠傳輸協議，那自然有它可靠的方法：如果發生以上的情況，A只要超過了一段時間仍然沒有收到確認，就認為剛才傳送的分組丟失了，所以它會重傳剛剛的傳送過的分組，也就是所謂的超時重傳。 

超時重傳的原理也很簡單：傳送方傳送完一個分組後，就會設定一個超時計時器，如果超時計時器到期之前沒有收到接收方發來的確認資訊，則會重發剛傳送過的分組；如果收到確認資訊，則撤銷該超時計時器。如下圖所示：

這裡應該注意的是：

①既然傳送方傳送的分組可能丟失或者有差錯，可能需要重傳，那麼它必須暫時保留已傳送的分組副本，只有收到確認後，才清除這個副本。

②分組和確認分組資訊都應該有各自的編號，用來標示每一個分組和確認資訊。（這樣才知道需要傳送哪個分組，收到了哪個分組的確認資訊）

③超時計時器設定的時間應該略長於分組傳送往返時間。

3.確認丟失和確認延遲 

沒有正常進行通訊，除了傳送方出現問題外，接收方同時也可能存在問題。

例如，如果A傳送了M1分組，到達B，B傳送了M1確認資訊，但由於網路原因，該確認資訊丟失。那麼這個時候，A在超時重傳時間內，沒有收到B的確認資訊，而且它並不知道是自己的分組有差錯、丟失，還是B發生的確認丟失了。因此，A會在超時重傳過後，重傳M1分組。 

接收方B會採取這兩個行動： 

①B會丟棄M1分組，不向上層交付。（B之前已經收到過M1分組了） 

②向A傳送確認（因為A重發了，肯定重傳時間內沒有收到確認資訊）

還有可能是另一種情況，就是B傳送了確認，沒有丟失，但是延遲了。也就是說，B傳送的確認在A超時計時器過期後才到達。 這種情況下，A收到確認資訊後會丟棄，然後重傳剛才的分組，B收到後，丟棄重複的分組，並重傳確認資訊。

根據上述的確認和重傳機制，我們就可以在不可靠的網路上實現可靠的傳輸。

4.通道利用率

停止等待ARQ協議的優點是簡答，但也有很嚴重的確定，就是通道利用率太低。如下圖所示：

通道利用率U = TD / (TD + RTT + TA)

（2）連續ARQ協議

由於停止等待ARQ協議通道利用率太低，所以需要使用連續ARQ協議來進行改善。這個協議會連續傳送一組資料包，然後再等待這些資料包的ACK。

傳送方採用流水線傳輸。流水線傳輸就是傳送方可以連續傳送多個分組，不必每發完一個分組就停下來等待對方確認。如下圖所示：

連續ARQ協議通常是結合滑動視窗協議來使用的，傳送方需要維持一個傳送視窗，如下圖所示：

圖（a）是傳送方維持的傳送視窗，它的意義是：位於傳送視窗內的5個分組都可以連續傳送出去，而不需要等待對方的確認，這樣就提高了通道利用率。 

連續ARQ協議規定，傳送方每收到一個確認，就把傳送視窗向前滑動一個分組的位置。例如上面的圖（b），當傳送方收到第一個分組的確認，就把傳送視窗向前移動一個分組的位置。如果原來已經發送了前5個分組，則現在可以傳送視窗內的第6個分組。 

接收方一般都是採用累積確認的方式。也就是說接收方不必對收到的分組逐個傳送確認。而是在收到幾個分組後，對按序到達的最後一個分組傳送確認。如果收到了這個分組確認資訊，則表示到這個分組為止的所有分組都已經正確接收到了。 

累積確認的優點是容易實現，即使確認丟失也不必重傳。但缺點是，不能正確的向傳送方反映出接收方已經正確收到的所以分組的資訊。比如傳送方傳送了前5個分組，而中間的第3個分組丟失了，這時候接收方只能對前2個發出確認。而不知道後面3個分組的下落，因此只能把後面的3個分組都重傳一次，這種機制叫Go-back-N（回退N），表示需要再退回來重傳已傳送過的N個分組。

二、滑動視窗協議

滑動視窗協議在在傳送方和接收方之間各自維持一個滑動視窗，傳送發是傳送視窗，接收方是接收視窗，而且這個視窗是隨著時間變化可以向前滑動的。它允許傳送方傳送多個分組而不需等待確認。TCP的滑動視窗是以位元組為單位的。

如下圖所示，傳送視窗中有四個概念：：已傳送並收到確認的資料（不在傳送視窗和傳送緩衝區之內）、已傳送但未收到確認的資料（位於傳送視窗之內）、允許傳送但尚未傳送的資料（位於傳送視窗之內）、傳送視窗之外的緩衝區內暫時不允許傳送的資料。

接收視窗中也有四個概念：已傳送確認並交付主機的資料（不在接收視窗和接收緩衝區之內）、未按序收到的資料（位於接收視窗之內）、允許的資料（位於接收視窗之內）、不允許接收的資料（位於傳送視窗之內）。

規則：

（1）凡是已經發送過的資料，在未收到確認之前，都必須暫時保留，以便在超時重傳時使用。

（2）只有當傳送方A收到了接收方的確認報文段時，傳送方窗口才可以向前滑動幾個序號。

（3）當傳送方A傳送的資料經過一段時間沒有收到確認（由超時計時器控制），就要使用回退N步協議，回到最後接收到確認號的地方，重新發送這部分資料。

此外，TCP利用滑動視窗協議來進行流量控制，如下圖所示：

參考資料：

1、ARQ-維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/ARQ

2、TCP/IP（三） —— 可靠傳輸工作原理 http://pmghong.blog.51cto.com/3221425/1242470

3、TCP可靠傳輸&流量控制&擁塞控制  http://my.oschina.net/manmao/blog/601585

4、計算機網路【七】：可靠傳輸的實現 http://blog.chinaunix.net/uid-26275986-id-4109679.html

5、TCP/IP之TCP協議（3）：流量控制（滑動視窗協議）http://blog.csdn.net/wbw1985/article/details/4879224

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