TCP的快速重传机制

一、快速重传机制

上一篇讲到了TCP 的超时重传,但是超时重传往往会带来许多微妙的问题,比如说:

  • 当一个报文段丢失时,会等待一定的超时周期然后才重传分组,增加了端到端的时延。
  • 当一个报文段丢失时,在其等待超时的过程中,可能会出现这种情况:其后的报文段已经被接收端接收但却迟迟得不到确认,发送端会认为也丢失了,从而引起不必要的重传,既浪费资源也浪费时间。

幸运的是,由于TCP采用的是累计确认机制,即当接收端收到比期望序号大的报文段时,便会重复发送最近一次确认的报文段的确认信号,我们称之为冗余ACK(duplicate ACK)。
如图所示,报文段1成功接收并被确认ACK 2,接收端的期待序号为2,当报文段2丢失,报文段3失序到来,与接收端的期望不匹配,接收端重复发送冗余ACK 2。


这样,如果在超时重传定时器溢出之前,接收到连续的三个重复冗余ACK(其实是收到4个同样的ACK,第一个是正常的,后三个才是冗余的),发送端便知晓哪个报文段在传输过程中丢失了,于是重发该报文段,不需要等待超时重传定时器溢出,大大提高了效率。这便是快速重传机制。


二、为什么是3次冗余ACK

首先要明白一点,即使发送端是按序发送,由于TCP包是封装在IP包内,IP包在传输时乱序,意味着TCP包到达接收端也是乱序的,乱序的话也会造成接收端发送冗余ACK。那发送冗余ACK是由于乱序造成的还是包丢失造成的,这里便需要好好权衡一番,因为把3次冗余ACK作为判定丢失的准则其本身就是估计值。
假定通信双方如下:

A为发送端,B为接收端
A的待发报文段序号为 N-1,N,N+1,N+2
假设报文段N-1成功到达

`


从以上罗列的情况可以看出,
在没丢失的情况下,有40%的可能出现3次冗余ACK
在乱序的情况下必定是2次冗余ACK
在丢失的情况下,必定出现3次冗余ACK

基于这样的概率,选定3次冗余ACK作为阈值也算是合理的。在实际抓包中,大多数的快速重传都会在大于3次冗余ACK后发生。

三、快速重传应用实例

快速重传机制比较好理解,这里贴上笔者做的两幅图供大家学习参考,若有建议可以提出。第一幅图是在某报文段的超时重传定时器溢出前重传丢失报文段,第二幅图是对应的接收端缓存队列的窗口移动示意。


快速重传:在某报文段的超时重传定时器溢出前重传丢失报文段
接收端缓存队列的窗口移动示意
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