一文带你搞定TCP重传
摘要
- 重传机制
- 超时重传
- 快速重传
- SACK重传
- Duplicate SACK
重传机制
TCP重传机制主要是为了防止网路包丢弃，重传的工作方式主要借助TCP头部中的序列号和确认号来决定是否重传，重传的触发方式主要由以下几种：
- 超时重传
- 快速重传
- SACK
- D-SACK
超时重传
什么是超时重传？
发送方在发送数据时设置一个定时器，当超过指定时间后如果还没有收到接收方的ACK响应，就会重发数据包。
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就是数据包的往返时间，RTO就是超时重传时间。
RTO的长短对数据包的重传有什么影响？
- 如果过长，假设发生数据包丢失，那么需要很长时间才能重传，效率低下
- 如果过短，如果数据包因为网络状况阻塞传输慢但没有丢失，这时也会触发重传，会导致网络更加阻塞，触发更多的重传。
RTO如何设置？
RTO既不能过长也不能过短，略微大于RTT是最好的。但RTT会因为网络的变化而发生变化，所以在Linux系统中为了计算RTO，会对RTT进行两个采样：
- 通过采样RTT时间，然后加权平均，算出一个平滑RTT值，这个RTT值因网络状况不断变化
- 采样RTT的波动范围，避免发现不了过大波动的情况。
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)
# 后续计算RTO，R2为新测量的RTT
# SRTT是平滑的RTT值
SRTT = SRTT + α * (RTT - SRTT) = R1 + α * (R2 - R1)
# DevRTT是平滑的RTT和当前的RTT之间的差值
DevRTT = (1 - β) * DevRTT + β * （|RTT-SRTT|）= (1 - β) * (R1/2) + β * (R2 - R1)
RTO = μ * SRTT + δ * DevRTT
上述表达式中，在linux中α = 0.125，β = 0.25，μ = 1，δ = 4，至于为啥是这些值，别问问就是前人大量的测试积累得出。
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，就是每当重传的时候，都会将下一次的超时时间设置为当前值的两倍，避免频繁重发导致网络更加阻塞。
超时重传的弊端是什么？
超时周期可能相对较长，重传的等待时间可能过长。
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因为某些原因没有抵达接收方，但接收方已经收到了Seq3、4、5的数据包，并且回复了三次ACK2的数据包。发送端在收到三次ACK2的数据包以后，就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？
由于发送端并不知道三次ACK2的数据包是由发送方的哪几个数据包响应回来的（也就是Seq3、4、5），因此只重传Seq2还是要重传所有的数据包也是个问题。
根据TCP实现的不同，上述两种情况都可能存在。
SACK重传
SACK重传其实就是选择性重传，它是为了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，接收方会将已经收到数据包序列号范围发送给发送方，这样发送方通过SACK信息就能找到丢失的数据包重传此数据包。
SACK的使用条件
SACK必须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（Linux2.4以后默认开启）。
Duplicate SACK(D-SACK)
SACK可以让发送方准确的知道哪些数据包接收方没有收到，而D-SACK可以让发送方知道有哪些数据包被重复接收了。
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
- 可以知道是不是发送方的数据包被网络延迟
- 可以知道发送方的数据包是不是在网络中被复制
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发生了丢失，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，接收方在收到该包以后发现该包已经被接收过了，于是会回复一个SACK = 3000~3500告诉发送方该数据包已经被接受过了，因为ACK已经到4000了，所以这里是一个D-SACK。发送方在收到报文以后可以知道数据包没有丢，丢的只是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，后续发送方收到了三个连续ACK 1000的报文触发了超时重传，重传以后，延时的网络包也抵达了接收方，此时接收方会回复一个SACK=1000~1500，因为ACK已经到了3000，所以这里是一个D-SACK，表示收到了重复的包。发送方收到了该ACK报文以后也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)。