TCP重传机制详解

本文提纲

重传机制

TCP针对数据包丢失的情况，采用重传机制解决
常见的重传机制:

1. 超时重传
2. 快速重传
3. SACK
4. D-SACK

超时重传

超时重传：当发送数据时，设立一个定时器，当超过指定时间后，发送端没有收到ACK应答报文，则触发超时重传机制，重发该数据

超时时间设置为多少呢？也就是超时重传时间RTO

假设我们设置的超时重传时间过短的话，那么就很有可能造成我们数据包还没到接收端或者应答ACK没到发送方就会重传：

假设我们设置超时时间过长的话，那么就会导致数据包丢失了一段花时间，我们才重传，减低了我们网络传输效率：

所以超时时间就应该设置为一个适中的值，那拿什么作为标准呢？
首先我们清楚一个RTT(往返时延) 的概念

所以我们的超时时间RTO的值应该略大于报文往返 RTT 的值
因为我们的网络是经常变化的，所以我们RTT报文往返时延也会动态变化，RTO时间也会动态变化

定时器过期很可能是由网络拥塞引起的，在拥塞的时候，如果发送端持续重传分组，会使得拥塞越来越严重。相反，TCP采用的是发送端每次的重传都是经过越来越长的时间进行的。每当遇到一次超时重传的时候，都会将下一次超时时间间隔设为先前值的两倍。两次超时，就说明网络环境差，不宜频繁反复发送。

超时重传存在的问题之一就是超时周期过长，当我们多次丢失数据包时，这种长周期的机制就会使我们延迟发送，加大了端到端的时延

快速重传

为了解决这种长周期情况，TCP通常可在超时时间发生之前通过冗余的ACK来较好的检测丢包情况

因为发送方经常一个接一个地发送大量的报文段，如果一个报文段丢失，就很可能引起许多一个接一个的冗余ACK,如果TCP发送方接收到对相同数据的3个冗余ACK,它 把这当作一种指示，说明跟在这个已被确认过3次的报文段之后的报文段已经丢失.一旦收到3个冗余ACK, TCP就执行快速重传（fast retransmit） [RFC 5681 ],即 在该报文段的定时器过期之前重传丢失的报文段

事件：收到ACK,具有ACK字段值y
if （y > SendBase） {
SendBase=y
if （当前仍无任何应答报文段）启动定时器 } 
else {/★对已经确认的报文段的一个冗余ACK */
	对y收到的冗余ACK数加1
	if （对y==3收到的冗余ACK数）
		/* TCP快速重传*/
		重新发送具有序号y的报文段
}
break;

快速重传机制只解决了一个问题，就是超时时间的问题，但是它依然面临着另外一个问题。就是重传的时候，是重传之前的一个，还是重传所有的问题。

SACK

针对上述情况，改进的方法就是 SACK（Selective Acknowledgment），这种方式需要在 TCP 头部「选项」字段里加一个 SACK 的东西，简单来讲就是在快速重传的基础上，返回最近收到的报文段的序列号范围，这样客户端就知道，哪些数据包已经到达服务器了。

如上图，发送方收到了三次同样的 ACK 确认报文，于是就会触发快速重发机制，通过 SACK 信息发现只有 200~299 这段数据丢失，则重发时，就只选择了这个 TCP 段进行重复。

Duplicate SACK

DSACK，即重复 SACK，这个机制是在 SACK 的基础上，额外携带信息，告知发送方有哪些数据包自己重复接收了。DSACK 的目的是帮助发送方判断，是否发生了包失序、ACK 丢失、包重复或伪重传。让 TCP 可以更好的做网络流控。