TCP的超時與重傳

超時重傳是tcp協議保證資料可靠性的乙個重要機制，其原理是在傳送某乙個資料之後就開啟乙個計時器，在一定時間內如果沒有得到傳送的資料報的ack報文，那麼就重新傳送資料，直到傳送成功為止。

超時間隔長度的設計是超時/重傳機制的核心部分，顯然，超時間隔必須大於tcp連線的往返時延（rtt），即從乙個報文段發出到收到其確認時。超時時間過長會造成網路利用率不高，過短會造成多次重傳，使得網路阻塞。

2.1 估計rtt

2.2 設定和管理重傳超時間隔

假設已經得到estimatedrtt和devrtt值，tcp超時間隔應該怎麼設定？很顯然，超時間隔應該大於等於estimatedrtt，否則將造成不必要的重傳。但是超時間隔也不應該比estimatedrtt大太多，否則當報文段丟失時，tcp不能很快地重傳報文段，從而將給上層應用帶來很大的資料傳輸時延。因此，要求將超時間隔設定為estimatedrtt加上一定餘量。當samplertt值波動大時，這個餘量應該大些，反之，則小。一般使用下面的公式去更新：

timeoutinterval (rto) = estimatedrtt+4*devrtt

超時觸發重傳的乙個問題是超時週期可能相對較長，那麼當乙個報文段丟失時，這種長超時週期迫使傳送方等待很長時間才重傳丟失的分組，因而增加了端到端的時延。故如果在發生資料丟包的情況下，如果tcp傳送方接收到對相同資料的3個冗餘的ack,它就認為跟在這個已被確認過3次的報文段之後的報文段已經丟失。一旦收到3個冗餘的ack，tcp就執行快速重傳，即在其定時器過期之前重傳該報文段。

4.1 流量控制與擁塞控制

流量控制是乙個速度匹配服務，即傳送方的傳送速率與接收方應用程式的讀速率的匹配。而擁塞控制是因ip網路的擁塞而遏制傳送方的速率。tcp通過讓傳送方維護乙個接收視窗（rcvwindow）的變數來提供流量控制，即接收視窗告訴傳送方，該接收方還有多少可用的快取空間。

這裡需要注意的是，當接收方的接收視窗為0時，即接收快取已經存滿，傳送方繼續傳送確認報文，最後接收方快取將開始清空，並且確認報文裡將包含乙個非0的rcvwindow值。

tcp擁塞控制機制讓連線的每一段都記錄乙個額外的變數，即擁塞視窗（congwin）,它對乙個tcp傳送方能向網路傳送流量的速率進行了限制。

4.2 擁塞控制演算法

4.2.1 加性增，乘性減

4.2.1 慢啟動

tcp傳送方在初始階段不是線性增加其傳送速率，而是以指數速度增加，每過乙個rtt將congwin值翻倍。tcp傳送方繼續以指數速度增加其傳送速率，直到發生乙個丟包事件為止，此時congwin將被降為一半，然後線性增長。

何時結束指數增長？

1. 如果存在乙個由超時指示的丟包事件（擁塞），tcp傳送方將擁塞視窗(cwnd)設為1並重新開始慢啟動過程。並且它將第二個狀態變數的值ssthresh (慢啟動閾值)設定為cwnd/2,即當檢測到擁塞時將ssthresh設定為擁塞視窗值的1/2;

2. 當cwnd的值等於ssthresh時，結束慢啟動並且tcp轉移到擁塞避免模式。

3. 如果檢測到3個冗餘的ack，tcp執行快速重傳，並進入快速恢復狀態。

快速恢復演算法：

當收到第3個重複的ack時，將ssthresh設定為當前擁塞視窗cwnd的一半。重傳丟失的報文段。設定cwnd為ssthresh加上3倍報文段的大小。

每次收到另乙個重複的ack，cwnd增加1個報文段大小並傳送1個分組

當下乙個確認新資料的ack到達時，設定cwnd為ssthresh。

下圖中tcp reno演算法就綜合了快速恢復演算法。當丟包事件發生時（收到3個重複的ack），擁塞視窗的值為12mss,那麼cwnd設定為3+12/2=9mss，結束慢啟動階段，進入擁塞避免階段，線性增長cwnd。

另外注意的兩點：

1. 當給定連線返回icmp差錯時，tcp會忽略icmp的差錯並堅持重傳。

2. 當tcp超時並重傳是，它不一定要重傳同樣的報文段，相反，tcp允許進行重新分組而傳送乙個較大的報文段，這樣有助於提高效能。

TCP的超時與重傳

TCP超時與重傳

TCP的超時與重傳

TCP的超時與重傳

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