TCP IP 重傳機制

tcp 實現可靠傳輸的方式之一，是通過序列號與確認應答。

在 tcp 中，當傳送端的資料到達接收主機時，接收端主機會返回乙個確認應答訊息，表示已收到訊息。

但在錯綜複雜的網路，並不一定能如上圖那麼順利能正常的資料傳輸，萬一資料在傳輸過程中丟失了呢？

所以 tcp 針對資料報丟失的情況，會用重傳機制解決。

接下來說說常見的重傳機制：

重傳機制的其中乙個方式，就是在傳送資料時，設定乙個定時器，當超過指定的時間後，沒有收到對方的ack確認應答報文，就會重發該資料，也就是我們常說的超時重傳。

tcp 會在以下兩種情況發生超時重傳：

超時時間應該設定為多少呢？

rtt就是資料從網路一端傳送到另一端所需的時間，也就是包的往返時間。

超時重傳時間是以rto（retransmission timeout 超時重傳時間）表示。

假設在重傳的情況下，超時時間rto「較長或較短」時，會發生什麼事情呢？

上圖中有兩種超時時間不同的情況：

精確的測量超時時間rto的值是非常重要的，這可讓我們的重傳機制更高效。

根據上述的兩種情況，我們可以得知，超時重傳時間 rto 的值應該略大於報文往返 rtt 的值。

至此，可能大家覺得超時重傳時間rto的值計算，也不是很複雜嘛。

好像就是在傳送端發包時記下t0，然後接收端再把這個ack回來時再記乙個t1，於是rtt = t1 – t0。沒那麼簡單，這只是乙個取樣，不能代表普遍情況。

實際上「報文往返 rtt 的值」是經常變化的，因為我們的網路也是時常變化的。也就因為「報文往返 rtt 的值」 是經常波動變化的，所以「超時重傳時間 rto 的值」應該是乙個動態變化的值。

我們來看看 linux 是如何計算rto的呢？

估計往返時間，通常需要取樣以下兩個：

rfc6289 建議使用以下的公式計算 rto：

其中srtt是計算平滑的rtt ，devrtr是計算平滑的rtt 與 最新 rtt 的差距。

在 linux 下，α = 0.125，β = 0.25， μ = 1，∂ = 4。別問怎麼來的，問就是大量實驗中調出來的。

如果超時重發的資料，再次超時的時候，又需要重傳的時候，tcp 的策略是超時間隔加倍。

也就是每當遇到一次超時重傳的時候，都會將下一次超時時間間隔設為先前值的兩倍。兩次超時，就說明網路環境差，不宜頻繁反**送。

超時觸發重傳存在的問題是，超時週期可能相對較長。那是不是可以有更快的方式呢？

於是就可以用「快速重傳」機制來解決超時重發的時間等待。

tcp 還有另外一種快速重傳（fast retransmit）機制，它不以時間為驅動，而是以資料驅動重傳。

快速重傳機制，是如何工作的呢？其實很簡單，一圖勝千言。

在上圖，傳送方發出了 1，2，3，4，5 份資料：

所以，快速重傳的工作方式是當收到三個相同的 ack 報文時，會在定時器過期之前，重傳丟失的報文段。

快速重傳機制只解決了乙個問題，就是超時時間的問題，但是它依然面臨著另外乙個問題。就是重傳的時候，是重傳之前的乙個，還是重傳所有的問題。

比如對於上面的例子，是重傳 seq2 呢？還是重傳 seq2、seq3、seq4、seq5 呢？因為傳送端並不清楚這連續的三個 ack 2 是誰傳回來的。

根據 tcp 不同的實現，以上兩種情況都是有可能的。可見，這是一把雙刃劍。

為了解決不知道該重傳哪些 tcp 報文，於是就有sack方法。

還有一種實現重傳機制的方式叫：sack（ selective acknowledgment 選擇性確認）。

這種方式需要在 tcp 頭部「選項」字段裡加乙個sack的東西，它可以將快取的地圖傳送給傳送方，這樣傳送方就可以知道哪些資料收到了，哪些資料沒收到，知道了這些資訊，就可以只重傳丟失的資料。

如下圖，傳送方收到了三次同樣的 ack 確認報文，於是就會觸發快速重發機制，通過sack資訊發現只有200~299這段資料丟失，則重發時，就只選擇了這個 tcp 段進行重複。

如果要支援sack，必須雙方都要支援。在 linux 下，可以通過net.ipv4.tcp_sack引數開啟這個功能（linux 2.4 後預設開啟）。

duplicate sack 又稱d-sack，其主要使用了 sack 來告訴「傳送方」有哪些資料被重複接收了。

下面舉例兩個栗子，來說明d-sack的作用。

栗子一號：ack 丟包

栗子二號：網路延時

可見，d-sack有這麼幾個好處：

可以讓「傳送方」知道，是發出去的包丟了，還是接收方回應的 ack 包丟了;

可以知道是不是「傳送方」的資料報被網路延遲了;

可以知道網路中是不是把「傳送方」的資料報給複製了;

在 linux 下可以通過net.ipv4.tcp_dsack引數開啟/關閉這個功能（linux 2.4 後預設開啟）。

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