TCP重传机制

一、概述

TCP提供可靠地传输层。它使用的方法之一就是确认从另一端收到的数据。单数据和确认都可能会丢失。TCP通过在发送时设置一个定时器来解决这种问题。如果当定时器溢出时还没有收到确认,它就重传数据。对任何实现而言,关键在于超时和重传的策略,即怎样决定超时间隔和如何确定重传的频率。

重传定时器在TCP发送数据时设定。如果定时器已超时而对端的确认还未到达,TCP将重传数据。重传定时器的值(即TCP等待对端确认的时间RTO)是动态计算的,取决于TCP为该连接测量的往返时间(RTT)和该报文段已被重传的次数。

二、策略

指数退避原则,则在超时后每次回增加超时时间,基本为上次的二倍,达到64s后 保持为64S。一直传送系统设置的最大次数,超过最大次数后关闭连接。

超时时间与测量的往返时间有关系,而测量的往返时间与网络质量和距离有直接关系,并且是动态变化的。这些原因都造成了超时时间是动态变化的。http://www.docin.com/p-21407969.html

RTT = (a*old_RTT)+(1-a)*new_RTT;(0<a<1)

RTO = b*RTT; (b>1;一般b=2)

上述算法能适应网络的波动性,但是会造成RTT的二义性;网络变化较大是造成了第二次计算的RTT比上次的RTT时间要短很过,从而造成二义性。

改进的算法(KARN算法):NEW_RTO = 2*RTO;

改进思想:由于二义性是由于重传报文引起的,可以对非重传报文重新计算RTT而对重重传报文不重新计算RTT,而以固定的倍率增加超时时间。

具体算法可以参考TCP/IP卷2第21章和http://baike.baidu.com/view/4330519.htm

### TCP协议的重传机制原理及实现方式 TCP(传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。为了确保数据在网络中可靠传输,TCP采用了多种机制,其中重传机制是其核心组成部分之一。重传机制主要用于处理数据包丢失或延迟的情况,确保数据最终能够被接收方正确接收。 #### 超时重传机制 超时重传机制TCP中最基本的重传机制之一。其基本原理是:当发送方发送一个数据段后,会启动一个定时器。如果在定时器超时之前没有收到接收方的确认(ACK),则发送方会认为该数据段在网络中丢失,并重新发送该数据段。 超时重传机制的关键在于确定合适的超时时间(RTO, Retransmission Timeout)。如果RTO设置得太短,可能会导致不必要的重传;如果RTO设置得太长,则可能会导致网络利用率降低。TCP使用动态调整的算法来计算RTO,通常基于RTT(Round-Trip Time,往返时间)的测量值进行调整。 #### 快速重传机制 快速重传机制是一种基于接收端反馈的重传机制。与超时重传不同,快速重传不需要等待定时器超时,而是通过接收端返回的重复ACK来触发重传。具体来说,当发送方连续收到三个或更多对同一数据段的重复ACK时,它会认为该数据段可能已经丢失,并立即重传该数据段,而不需要等待定时器超时。 快速重传机制的前提是需要收到多次对以前报文的重复确认。如果数据包较少,或者网络状况较差导致重复确认无法及时到达发送方,那么快速重传可能无法被触发。这时,就需要依赖超时重传机制来确保数据的可靠传输[^1]。 #### 选择性确认(SACK) 选择性确认(Selective Acknowledgment, SACK)是TCP的一种扩展功能,允许接收方通知发送方哪些数据段已经成功接收,哪些数据段仍然缺失。通过SACK,发送方可以更精确地知道哪些数据需要重传,从而提高网络效率并减少不必要的重传。 在没有SACK的情况下,发送方只能根据接收到的最后一个确认序号来判断哪些数据可能丢失。而在使用SACK的情况下,发送方可以根据接收方提供的详细信息,仅重传那些确实丢失的数据段。 #### 实现方式 在实现上,TCP重传机制依赖于多个关键组件和算法: - **定时器管理**:TCP需要维护多个定时器,包括超时重传定时器、持续定时器等,以确保数据能够按时重传。 - **滑动窗口机制**:滑动窗口机制允许发送方在未收到确认的情况下连续发送多个数据段,提高了网络利用率。 - **确认应答机制**:接收方通过发送ACK来告知发送方哪些数据已经成功接收,ACK中包含的确认序号用于指导发送方的后续传输。 - **拥塞控制**:TCP还结合了拥塞控制机制,如慢启动、拥塞避免等,以防止网络过载。 在Linux系统中,TCP的超时重传和快速重传机制是通过内核中的TCP协议栈实现的。Linux内核提供了多种配置选项,允许管理员调整超时时间、快速重传阈值等参数,以优化网络性能[^3]。 ### 示例代码 以下是一个简单的Python示例,模拟了TCP连接中的超时重传机制: ```python import socket import time def send_data_with_retransmission(): # 创建TCP套接字 client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 连接到服务器 server_address = ('localhost', 12345) client_socket.connect(server_address) try: # 发送数据 message = b'This is a test message' print('Sending:', message) client_socket.sendall(message) # 设置超时时间 client_socket.settimeout(2.0) # 2秒超时 # 等待确认 try: ack = client_socket.recv(16) print('Received ACK:', ack) except socket.timeout: print('Timeout, retransmitting...') # 重新发送数据 client_socket.sendall(message) finally: # 关闭连接 client_socket.close() # 调用函数 send_data_with_retransmission() ``` 上述代码展示了如何在Python中实现一个简单的TCP客户端,该客户端在发送数据后等待确认,如果在指定时间内未收到确认,则会重新发送数据。 ---
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