TCP-重传机制（分享）

一、概述

在TCP中，当发送端的数据到达接收主机时，接收端主机会返回一个确认应答消息，表示已收到消息，这是TCP实现可靠传输的策略之一。

但在错综复杂的网络，并不一定能如上图那么顺利能正常的数据传输，万一数据在传输过程中丢失了呢？

 所以 TCP 针对数据包丢失的情况，会用重传机制解决。

常见的重传机制:

超时重传

快速重传

SACK

D-SACK

二、超时重传

在发送数据时，设定一个定时器，当超过指定的时间后，没有收到对方的ACK确认应答报文，就会重发该数据，就是我们常说的超时重传。

TCP会在以下两种情况发生超时重传

数据包丢失

确认应答丢失

既然是超时重传，那么超时时间应该设置为多少呢？

RTT（Round-Trip Time 往返时延）

RTO（Retransmission Timeout 超时重传时间）

假设在重传的情况下，超时时间RTO「较长或较短」时，会发生什么事情呢？下图中有两种超时时间不同的情况。

当超时时间RTO 较大时，重发就慢，效率低，性能差；

当超时时间RTO 较小时，会导致可能并没有丢就重发，于是重发的就快，会增加网络拥塞，导致更多的超时，更多的超时导致更多的重发。

根据以上情况，我们可以得知，超时重传时间 RTO 的值应该略大于报文往返RTT 的值。

是否可以这样处理？

发送端发包时记下t0,收到接收端ack回来后记t1, RTT = t1- t0; RTO 设置成一个略大于RTT的值。

因为我们的网络也是时常变化的。也就因为「报文往返RTT 的值」是经常波动变化的，所以「超时重传时间 RTO 的值」应该是一个动态变化的。

Linux 是如何计算RTO?

核心问题是要通过采样RTT时间，然后进行加权平均，算出一个平滑RTT的值，而且这个值还因为网络是不断变化的原因是一个不断变化的值。

Jacobson / Karels 算法

SRTT = SRTT + α (RTT – SRTT)  —— 计算平滑RTT

DevRTT = (1-β)*DevRTT + β*(|RTT-SRTT|) ——计算平滑RTT和真实的差距（加权移动平均）

RTO= µ * SRTT + ∂ *DevRTT

在 Linux 下，α = 0.125，β = 0.25， μ = 1，∂ = 4。别问怎么来的，问就是大量实验中调出来的。这个算法在被用在Linux 源代码的TCP协议中。

如果超时重发的数据，再次超时的时候，又需要重传的时候，TCP 的策略是超时间隔加倍。

iOS 系统中，TCP RTO 的超时实验数据：[ 1s，1s，1s，2s，4.5s，9s，13.5s，26s，26s … ]

二、快速重传

超时重传存在的问题是，超时周期相对较长。TCP 还有一种快速重传机制，不以时间为驱动，而是以数据为驱动。

图中，发送方发出了 1，2，3，4，5 份数据：

第一份 Seq1 先送到了，于是就 Ack 回 2；

结果 Seq2 因为某些原因没收到，Seq3 到达了，于是还是 Ack 回 2；

后面的 Seq4 和 Seq5 都到了，但还是 Ack 回 2，因为 Seq2 还是没有收到；

发送端收到了三个 Ack = 2 的确认，知道了 Seq2 还没有收到，就会在定时器过期之前，重传丢失的 Seq2。

最后，收到了 Seq2，此时因为 Seq3，Seq4，Seq5 都收到了，于是 Ack 回 6 。

所以，快速重传的工作方式是当收到三个相同的 ACK 报文时，会在定时器过期之前，重传丢失的报文段。

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。

三、SACK方法

还有一种重传的方式叫:SACK （Selective Acknowledgment 选择性确认）

这种方式需要在 TCP 头部「选项」字段里加一个SACK的东西，它可以将缓存的地图发送给发送方。

如下图，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。

如果要支持SACK，必须双方都要支持。在 Linux 下，可以通过net.ipv4.tcp_sack参数打开。

四、Duplicate SACK

Duplicate SACK 又称D-SACK，其主要使用了 SACK 来告诉「发送方」有哪些数据被重复接收了。下面举例两个栗子，来说明D-SACK的作用。

例子1：ACK 丢包

「接收方」发给「发送方」的两个 ACK 确认应答都丢失了，所以发送方超时后，重传第一个数据包（3000 ~ 3499）。

于是「接收方」发现数据是重复收到的，于是回了一个 SACK = 3000~3500，告诉「发送方」3000~3500 的数据早已被接收了，因为 ACK 都到了 4000 了，已经意味着 4000 之前的所有数据都已收到，所以这个 SACK 就代表着D-SACK。

这样「发送方」就知道了，数据没有丢，是「接收方」的 ACK 确认报文丢了。

例子2

数据包（1000~1499）被网络延迟了，导致「发送方」没有收到 Ack 1500 的确认报文。而后面报文到达的三个相同的 ACK 确认报文，就触发了快速重传机制，但是在重传后，被延迟的数据包（1000~1499）又到了「接收方」；

所以「接收方」回了一个 SACK=1000~1500，因为 ACK 已经到了 3000，所以这个 SACK 是 D-SACK，表示收到了重复的包。

这样发送方就知道快速重传触发的原因不是发出去的包丢了，也不是因为回应的 ACK 包丢了，而是因为网络延迟了。

D-SACK有这么几个好处：

可以让「发送方」知道，是发出去的包丢了，还是接收方回应的 ACK 包丢了;

2. 可以知道是不是「发送方」的数据包被网络延迟了;

3. 可以知道网络中是不是把「发送方」的数据包给复制了;

在 Linux 下可以通过net.ipv4.tcp_dsack参数开启/关闭这个功能。