一文带你搞定TCP重传

摘要

TCP重传机制旨在防止网络包丢失，主要依赖于TCP头部中的序列号和确认号来决定是否进行重传。重传触发方式包括超时重传、快速重传、SACK重传和Duplicate SACK（D-SACK）重传。

什么是超时重传？

发送方在发送数据时设置一个定时器，如果在指定时间内未收到接收方的ACK响应，则会重新发送数据包。

超时重传的发生场景

• 数据包丢失
• ACK响应丢失

什么是RTT？什么是RTO？

RTT是数据包的往返时间，RTO是超时重传时间。

RTO的长短对数据包的重传有什么影响？

• 如果RTO过长，数据包丢失时需要很长时间才能重传，导致效率低下。
• 如果RTO过短，数据包因网络阻塞传输变慢但未丢失时，也会触发重传，导致网络更加阻塞，触发更多重传。

RTO如何设置？

RTO应略大于RTT，但由于RTT会随网络变化而变化，Linux系统通过对RTT进行两个采样来计算RTO：

• 通过采样RTT时间，然后加权平均，计算出平滑RTT值。
• 采样RTT的波动范围，避免忽视过大波动。

RFC6289建议使用以下公式计算RTO：

# 首次计算RTO，R1为第一次测量的RTT
SRTT = R1
DevRTT = R1/2
RTO = μ * SRTT + δ * DevRTT = μ * R1 + δ * (R1/2)
<h1>后续计算RTO，R2为新测量的RTT</h1><h1>SRTT是平滑的RTT值</h1><p>SRTT = SRTT + α <em> (RTT - SRTT) = R1 + α </em> (R2 - R1)</p><h1>DevRTT是平滑的RTT和当前的RTT之间的差值</h1><p>DevRTT = (1 - β) <em> DevRTT + β </em> （|RTT-SRTT|）= (1 - β) <em> (R1/2) + β </em> (R2 - R1)
RTO = μ <em> SRTT + δ </em> DevRTT

在Linux中，α = 0.125，β = 0.25，μ = 1，δ = 4，这些值是通过大量测试积累得出的。

假设因为网络阻塞触发了超时，如何避免频繁重发加剧网络阻塞？

超时时间加倍，即每次重传时，将下一次的超时时间设置为当前值的两倍，以避免频繁重发导致网络更加阻塞。

超时重传的弊端是什么？

超时周期可能较长，重传等待时间可能过长。

快速重传

什么是快速重传？

快速重传不再以时间作为重传的标准，而是以数据作为重传的标准。

上述Seq2因为某些原因未到达接收方，但接收方已收到Seq3、4、5的数据包，并回复了三次ACK2的数据包。发送端在收到三次ACK2的数据包后，会在超时定时器之前重传Seq2的数据包。

重传所有包还是重传丢失的包？

由于发送端不知道三次ACK2的数据包是由Seq3、4、5响应回来的，因此只重传Seq2还是重传所有数据包是个问题。根据TCP实现的不同，两种情况都可能存在。

SACK重传

SACK重传即选择性重传，旨在解决快速重传不知道需要重传哪些包的问题。

SACK是如何让发送方知道重传哪些包的？

TCP的选项字段增加一个SACK字段，接收方将已收到数据包的序列号范围发送给发送方，发送方通过SACK信息找到丢失的数据包并重传。

SACK的使用条件

SACK需要发送方和接收方同时支持，在Linux中可以通过net.ipv4.tcp_sack参数开启（Linux 2.4以后默认开启）。

Duplicate SACK(D-SACK)

SACK可以让发送方准确知道哪些数据包未被接收，而D-SACK可以让发送方知道有哪些数据包被重复接收。

D-SACK的优点是什么？

• 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。
• 可以知道发送方的数据包是否被网络延迟。
• 可以知道发送方的数据包是否在网络中被复制。

D-SACK如何让发送方知道ACK包丢失？

上图中，接收方收到了3000~3999的数据包，但回应的ACK丢失，假设此时触发了超时重传，发送方会首先重传3000~3499的数据包，接收方在收到该包后发现已接收过，于是回复一个SACK = 3000~3500告诉发送方该数据包已被接受，因为ACK已到4000，所以这里是一个D-SACK。发送方收到报文后可以知道数据包未丢，丢的是ACK报文。

D-SACK如何让客户端知道数据包发送延时？

上图中，1000~1499的数据包被网络延迟，后续发送方收到三个连续ACK 1000的报文触发了超时重传，重传后，延时的网络包也到达了接收方，此时接收方会回复一个SACK=1000~1500，因为ACK已到3000，所以这里是一个D-SACK，表示收到了重复的包。发送方收到该ACK报文后可以判断出快速重传的原因是因为网络延迟。

如何开启D-SACK？

在Linux下可以通过net.ipv4.tcp_dsack参数开启/关闭这个功能（Linux 2.4后默认打开）。

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