第10课 TCP重传技术的研究

注：此文章为学习B站姜晔老师的《网络数据分析从入门到精通》课程笔记。
1、TCP数据包重传的基本原理
（1）TCP重传机制的必要性
当基于TCP的网络传输出现错误时，最基本的错误恢复方式就是重传数据包。这种机制专门被设计用来应对数据包丢失的情况（比如：路由器流量负载过重、应用程序出现故障或者临时性的网络中断导致数据包丢失）。数据包层次上的移动速度非常快，数据包的丢失通常也只是暂时性的，因此TCP能否检测到数据包的丢失，并从中进行恢复就显得极其重要。
（2）重传计时器
TCP重传理论中，重传计时器是用于决定是否有必要重传的重要机制，重传计时器维护着重传超时（RTO—Retransmission Time Out）。在使用TCP开始传输数据包时，重传计时器会被启动，当收到ACK数据包时，重传计时器就会停止。从发送数据包到接收到确认数据包的时间称为RTT，将若干个RTT时间求和并计算平均值就是RTO值，但在确认RTO值之前，数据的传输操作使用默认RTT值，该设置用于主机之间的初始通信，并基于接收到的数据包的RRT进行调整，最终形成RTO值。一旦RTO值确定，重传计时器就被用于每个传输的数据包，从而确定数据包是否丢失。
（3）TCP重传的流程

当发送方发送了数据包，但没有收到接收方的ACK，发送方会假设自己发送的数据包没到接收方，数据包已经丢失。因此发送方会进行重传，如果到达了等待ACK的极限值还未收到ACK数据包，发送方就会以翻倍的RTO值再次发起重传……一般而言，windows操作系统会重传5次，linux操作系统重传15次（该值可修改）（实际上，RTO值的计算有专门的公式，这里的2倍关系只是便于阐述）。
（4）wireshark分析TCP的重传机制
发送方一直未收到接收方的ACK数据包，便会主动发起重传

2、快速重传的机制
（1）因一个数据包乱序而重传
当接收方收到乱序的数据包时，就会发送重复的ACK数据包。TCP在其头部使用Seq和ACK字段确保数据被可靠传输，并以发送的顺序在接收端重组。当接收方遇到不符合顺序的序列号，就会认为数据包丢失了，为了能正确重组数据，接收方必须得到丢失的数据包，因此会接收方发送一个包含丢失数据包序列号的ACK数据包，这样发送方就知道需要重传哪个数据包。

当发送方收到3个来自接收方的重复的ACK，发送方就会假设数据包确实丢失了，就会立刻发起快速重传机制，一旦发起了快速重传，就会暂停发送其他数据包，直到丢失数据包正确传到接收方为止。
Q：为什么规定发送方要收到3个重复ACK就认为数据包丢失呢？
A：网络数据包有时候在传输过程中会出现乱序的情况，乱序的数据包一样会触发重复ACK数据包。但是由于出现乱序而重传没有必要，由于一般乱序的距离不会相差太大，比如3号数据包可能会到5号数据包后面，但不太可能跑到7号数据包后面，所以限定成3个或以上就可以很大程度上避免由于乱序而导致的快速重传。

（2）丢失多个数据包的重传机制
假设发送方发送了8个数据包，但是2号与3号数据包丢失，1、4、5、6、7、8号数据包抵达了接收方，并且触发了ACK2（即通知发送方未收到2号数据包），对于发送方来说只能通过ACK2知道2号数据包丢失了，并不知道还有哪些数据包有丢失，因此在重传了2号数据包之后应该传哪一个呢？对于此情况就三种方案：
方案1：把3-8号都重传一次（效率低）
方案2：接收方收到2号后，回复ACK3，发送方就知道3号也丢失了，就会重传3号数据包，当接收方收到3号数据包后，直接会回复ACK9。（New Reno技术）（缺点：当丢包量很大时，需要花费多个RTO重传所有丢失的数据包）
方案3：接收方在请求重传2号数据包时，顺便把收到的数据包告诉发送方（例如：在收到4号数据包时，告诉发送方已收到4号，但没有收到2号；当收到5号数据包时，告诉发送方已收到4、5号，没收到2号），这样发送方就可以对丢包的细节了如指掌，因此发送方在快速重传2号数据包之后会接着重传3号数据包，然后再传9号数据包。（SACK技术）

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