TCP/IP详解学习笔记(12)-TCP的超时与重传

超时重传是TCP协议保证数据可靠性的另外一个重要机制，其原理是在发送某一个数据之后就开启一个计时器，在必定时间内若是没有获得发送的数据报的ACK报文，那么就从新发送数据，直到发送成功为止。

1.超时

超时时间的计算是超时的核心部分，TCP要求这个算法能大体估计出当前的网络情况，虽然这确实很困难。要求精确的缘由有两个：(1)定时长久会形成网络利用率不高。(2)定时过短会形成屡次重传，使得网络阻塞。因此，书中给出了一套经验公式，和其余的保证计时器准确的措施。

1.1.递推公式概说

最先的TCP曾经用了一个很是简单的公式来估计当前网络的情况，以下

R<-aR+(1-a)M RTP=Rb

其中a是一个经验系数为0.1，b一般为2。注意，这是经验，没有推导过程，这个数值是能够被修改的。这个公式是说用旧的RTT(R)和新的RTT(M)综合到一块儿来考虑新的RTT(R)的大小。可是，咱们又看到，这种估计在网络变化很大的状况下彻底不能作出“灵敏的反应”（Jacoboson说的，不是偶说的，呵呵），因而就有下面的修正公式：

Err=M-A A<-A+gErr D<-D+h(|Err|-D) RTO=A+4D

具体的解释请看书的228页，这个递推公式甚至把方差这种统计概念也使用了进来，使得误差更加的小。并且，必需要指出的是，这两组公式更新，都是在数据成功传输的状况下才进行，在发生数据从新传输的状况下，并不使用上面的公式进行网络估计，理由很简单，由于程序已经不在正常状态下了，估计出来的数据也是没有意义的。

1.2.RTO的初始化

RTO的初始化是由公式决定的，例如最初的公式，初始的值应该是1。而修正公式，初始RTO应该是A+4D。

1.3.RTO的更新

当数据正常传输的状况下，咱们就会用上面的公式来更新各个数据，并重开定时器，来保证下一个数据被顺利传输。要注意的是：重传的状况下，RTO不用上面的公式计算，而采用一种叫作“指数退避”的方式。例如：当RTO为1S的状况下，发生了数据重传，咱们就用RTO=2S的定时器来从新传输数据，下一次用4S。一直增长到64S为止。

1.4.估计器的初始化

在这里，SYN用的估计器初始化彷佛和传输用的估计器不同（我也没有把握）造个人理解，在修正公式中，SYN的状况下，A初始化为0,D初始化为3S。

而在获得传输第一个数据的ACK的时候，应该按照下面的公式进行初始化：

A=M+0.5 D=A/2

1.5.估计器的更新

和上面的讨论差很少，就是在正常状况下，用上面的公式计算，在重传的状况下，不更新估计器的各类参数。缘由仍是由于估计不许确。

1.6.Karn算法

这不算是一个算法，这应该是一个策略，说的就是更新RTO和估计器的值的时机选择问题，1.3.和1.5.所说得更新时机就是Karn算法。

1.7.计时器的使用

两句话:

1. 一个链接中，有且仅有一个测量定时器被使用。也就是说，若是TCP连续发出3组数据，只有一组数据会被测量。
2. ACK数据报不会被测量，缘由很简单，没有ACK的ACK回应能够供结束定时器测量。

2.重传

有了超时就要有重传，可是就算是重传也是有策略的，而不是将数据简单的发送。

2.1.重传时发送数据的大小

前面曾经提到过，数据在传输的时候不能只使用一个窗口协议，咱们还须要有一个拥塞窗口来控制数据的流量，使得数据不会一会儿都跑到网路中引发“拥塞”。也曾经提到过，拥塞窗口最初使用指数增加的速度来增长自身的窗口，直到发生超时重传，再进行一次微调。可是没有提到，如何进行微调，拥塞避免算法和慢启动门限就是为此而生。

所谓的慢启动门限就是说，当拥塞窗口超过这个门限的时候，就使用拥塞避免算法，而在门限之内就采用慢启动算法。因此这个标准才叫作门限，一般，拥塞窗口记作cwnd，慢启动门限记作ssthresh。下面咱们来看看拥塞避免和慢启动是怎么一块儿工做的

算法概要(直接从书中拷贝)

1. 对一个给定的链接，初始化cwnd为1个报文段，ssthresh为65535个字节。
2. TCP输出例程的输出不能超过cwnd和接收方通告窗口的大小。拥塞避免是发送方使用 的流量控制，而通告窗口则是接收方进行的流量控制。前者是发送方感觉到的网络拥塞的估 计，然后者则与接收方在该链接上的可用缓存大小有关。
3. 当拥塞发生时（超时或收到重复确认），ssthresh被设置为当前窗口大小的一半（cwnd 和接收方通告窗口大小的最小值，但最少为2个报文段）。此外，若是是超时引发了拥塞，则 cwnd被设置为1个报文段（这就是慢启动）。
4. 当新的数据被对方确认时，就增长cwnd，但增长的方法依赖于咱们是否正在进行慢启 动或拥塞避免。若是cwnd小于或等于ssthresh，则正在进行慢启动，不然正在进行拥塞避免。 慢启动一直持续到咱们回到当拥塞发生时所处位置的半时候才中止（由于咱们记录了在步骤2 中给咱们制造麻烦的窗口大小的一半），而后转为执行拥塞避免。

补充上面的拥塞避免公式在P238页。这整个的流程让我联想到开车换档的过程。

2.2.快速重传和快速恢复算法

这是数据丢包的状况下给出的一种修补机制。通常来讲，重传发生在超时以后，可是若是发送端接受到3个以上的重复ACK的状况下，就应该意识到，数据丢了，须要从新传递。这个机制是不须要等到重传定时器溢出的，因此叫作快速重传，而从新传递之后，由于走的不是慢启动而是拥塞避免算法，因此这又叫作快速恢复算法。流程以下：

1. 当收到第3个重复的ACK时，将ssthresh设置为当前拥塞窗口cwnd的一半。重传丢失的 报文段。设置cwnd为ssthresh加上3倍的报文段大小。
2. 每次收到另外一个重复的ACK时， cwnd增长1个报文段大小并发送1个分组（若是新的 cwnd容许发送）。
3. 当下一个确认新数据的ACK到达时，设置cwnd为ssthresh（在第1步中设置的值）。这个 ACK应该是在进行重传后的一个往返时间内对步骤1中重传的确认。另外，这个ACK也应该 是对丢失的分组和收到的第1个重复的ACK之间的全部中间报文段的确认。这一步采用的是拥 塞避免，由于当分组丢失时咱们将当前的速率减半。

2.3.ICMP会引发从新传递么？

答案是：不会，TCP会坚持用本身的定时器，可是TCP会保留下ICMP的错误而且通知用户。

2.4.从新分组

TCP为了提升本身的效率，容许再从新传输的时候，只要传输包含重传数据报文的报文就能够，而不用只重传须要传输的报文。