TCP 实现可靠传输的方式之一,是通过序列号与确认应答。
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。
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。
接下来说说常见的重传机制:
- 超时重传
- 快速重传
- SACK
- D-SACK
一、超时重传
重传机制的其中一个方式,就是在发送数据时,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,也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
(一)超时时间应该设置为多少呢?
我们先来了解一下什么是 RTT
(Round-Trip Time 往返时延),从下图我们就可以知道:
RTT
指的是数据发送时刻到接收到确认的时刻的差值,也就是包的往返时间。
超时重传时间是以 RTO
(Retransmission Timeout 超时重传时间)表示。
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?
上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,丢了老半天才重发,没有效率,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。
精确的测量超时时间 RTO
的值是非常重要的,这可让我们的重传机制更高效。
根据上述的两种情况,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。
至此,可能大家觉得超时重传时间 RTO
的值计算,也不是很复杂嘛。
好像就是在发送端发包时记下 t0
,然后接收端再把这个 ack
回来时再记一个 t1
,于是 RTT = t1 – t0
。没那么简单,这只是一个采样,不能代表普遍情况。
实际上「报文往返 RTT 的值」是经常变化的,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值。
我们来看看 Linux 是如何计算 RTO
的呢?
估计往返时间,通常需要采样以下两个:
- 需要 TCP 通过采样 RTT 的时间,然后进行加权平均,算出一个平滑 RTT 的值,而且这个值还是要不断变化的,因为网络状况不断地变化。
- 除了采样 RTT,还要采样 RTT 的波动范围,这样就避免如果 RTT 有一个大的波动的话,很难被发现的情况。
RFC6289 建议使用以下的公式计算 RTO:
其中 SRTT
是计算平滑的RTT ,DevRTR
是计算平滑的RTT 与 最新 RTT 的差距。
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。
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。
也就是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。
超时触发重传存在的问题是,超时周期可能相对较长。那是不是可以有更快的方式呢?
于是就可以用「快速重传」机制来解决超时重发的时间等待。
二、快速重传
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