TCP重传机制详解——01概述

什么是TCP重传？

重传，表示的重复传输。在生活中，就是书信的重复传输；在用户使用的网络世界里，就是数据和信息的重复传输；在TCP/IP协议中，就是报文的重复传输。
TCP重传就像寄信一样，如果你没收到回执，就说明信可能没送到，于是你就再寄一次，直到对方告诉你信收到了为止。在网络里，TCP就是帮你这样安全送“信”的，如果电脑A发给电脑B的信息没被确认收到，TCP就会重新发送这个信息，确保信息一定能到达B电脑。

TCP为什么要重传？

我们都知道TCP的三个特点，分别是面向连接、可靠、字节流式。
重传的目的就是尽可能的保证TCP的可靠。

TCP如何做到重传？

TCP重传的最基本的元素就是seq和ack字段，也就是在数据分段的前提下，如何知道哪一个数据丢失了，哪一个数据接收到了。所以seq和ack的值就是让我们可以知道我们需要重传哪些数据的依据。

• 序号（Sequence Numbers）： 每个TCP数据段都携带一个序号字段，表示数据段中数据的起始字节在整个数据流中的位置。发送端在发送数据时，会给每个数据段分配一个唯一的序列号，以便接收端可以按照正确的顺序重新组装数据流。
• 确认应答（ACKnowledgments）： 接收端在接收到数据段后，会通过ACK应答告诉发送端已成功接收的数据段的序列号。ACK字段中携带的值是期望接收的下一个数据段的序列号，即上次已成功接收数据段的序列号加上传送的数据字节数。

所以，需要知道这个前提，不用想的太复杂，之后的很多机制都是基于此。TCP重传的本质设计思路，便是基于序号（Sequence Numbers）和确认应答（ACKnowledgments）

TCP重传方式有哪些

超时重传(timeout or timer-based retransmission)

这种重传方式是发出去的数据在RTO超时后还没有收到对应的ACK就会进行超时重传。

• RTO(Retransmission Time Out)，传输超时时间
• RTT(Round Trip Time），往返时间，数据发送至收到ACK的时间。
  RTO值是根据RTT进行公式计算的，而网咯是动态变化的，所以往返时间也并非确定，所以RTO也是动态变化的

RTO倍增，指数回避，RTT-2RTO-4RTO-8RTO-16RTO.......
如果得不到回应，超时重传会一直重传下去吗？
不会！会有次数限制吗？

内核参数	场景
/proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries	初始SYN握手重试次数
/proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries	第二次SYN+ACK握手重试次数
/proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries	第二次SYN+ACK握手重试次数
/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries1	在超时后第一次尝试多少次重传（针对数据段）
/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2	在超时后最多尝试多少次重传（针对数据段）

关于tcp_retries1和tcp_retries2的深入理解：tcp_retries1和tcp_retries2

快速重传(fast retransmission或者fast retransmit)

当TCP注意到累计ack(即TCP头中的ack number)不再推进或者接收端通过SACK信息指示发送端接收端存在洞(hole)时候就会触发发送端的重传，通常来说快速重传比超时重传更高效。
触发机制:

类型	触发条件
dup ACK	dup ACK重复三次
SACK	三个SACK选项块
FACK	一次ACK+SACK(ACK-SACK之间有三个包未确认)
partial ACK	一个ACK连续丢包情况下只确认部分收到了
dup ACK	thin stram下dup ACK重复一次

注：
1. 当ACK报文中的ack值和SACK块之间存在空洞时，可以判定为partial ACK；
2. 在乱序接收数据包后只发送了一个重复的ACK，并且没有收到后续数据包，可以判定为thin stream

改进的重传机制，早期重传(ER，Early Retransmit)

谷歌还对快速重传提出了一种改进的重传机制，即早期重传(ER，Early Retransmit)，主要解决某些特定场景下，没有足够的dupack出发的快速重传造成的问题。

REF

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