Как TCP обеспечивает надёжную доставку и не перегружает сеть?

Подтверждения и повторы. Отправитель нумерует байты, получатель шлёт ACK с номером следующего ожидаемого байта (кумулятивное подтверждение; SACK позволяет сообщить и о кусках после дыры). Если ACK не пришёл за время RTO (оценивается по измеренному RTT), сегмент отправляется снова. Быстрее — fast retransmit: три одинаковых ACK значат, что сегмент потерялся, а следующие дошли.

Окно. Ждать ACK на каждый сегмент было бы медленно, поэтому отправитель держит «в полёте» до окна байт без подтверждения. Окно — минимум из двух:

• окно получателя (rwnd) — свободное место в его буфере; приходит в каждом ACK. Это flow control: медленный читатель уменьшает окно до нуля, и отправитель останавливается. Пример backpressure прямо в протоколе;
• окно перегрузки (cwnd) — оценка отправителя, сколько выдержит сеть. Это congestion control.

Как растёт cwnd (классический Reno/CUBIC):

• slow start — начинаем с ~10 сегментов и удваиваем окно каждый RTT, пока не случится потеря или не дойдём до порога;
• избегание перегрузки — дальше рост медленный (линейный у Reno, кубическая функция у CUBIC — по умолчанию в Linux);
• потеря считается сигналом перегрузки: окно уменьшается (вдвое при тройном ACK, до минимума при таймауте).

BBR (Google) не ждёт потерь, а измеряет пропускную способность и минимальный RTT канала и держит в полёте их произведение. Лучше работает на каналах с потерями не от перегрузки (мобильные, дальние линии).

Следствия для практики:

• скорость одного соединения ограничена ≈ окно / RTT — на дальних линиях с большим RTT нужно большое окно (масштабирование окна в заголовке);
• новое соединение стартует медленно — ещё одна причина держать соединения открытыми (keep-alive, пулы);
• потеря пакета тормозит весь поток — блокировка начала очереди, от которой уходит QUIC;
• алгоритм Нейгла копит мелкие записи; для интерактивных протоколов его отключают TCP_NODELAY.

RTT = 50 мс, окно = 64 КБ:   64 КБ / 0,05 с ≈ 1,3 МБ/с ≈ 10 Мбит/с — даже на гигабитном канале
окно = 4 МБ:                 4 МБ / 0,05 с = 80 МБ/с ≈ 640 Мбит/с