TCP-IP详解:超时重传机制

2023-11-16

参考教材:TCP-IP Guide 


超时重传是TCP保证数据传输可靠性的又一大措施,本文主要介绍重传TCP报文的两大举措:超时重传和快速重传


超时重传机制

超时重传指的是,发送数据包在一定的时间周期内没有收到相应的ACK,等待一定的时间,超时之后就认为这个数据包丢失,就会重新发送。这个等待时间被称为RTO.  

检测丢失segment的方法从概念上讲还是比较简单的,每一次开始发送一个TCP segment的时候,就启动重传定时器,定时器的时间一开始是一个预设的值(Linux 规定为1s),随着通讯的变化以及时间的推移,这个定时器的溢出值是不断的在变化的,有相关算法计算RTO[参考:文章....],如果在ACK收到之前,定时器到期,协议栈就会认为这个片段被丢失,重新传送数据。

TCP在实现重传机制的时候,需要保证能够在同一时刻有效的处理多个没有被确认的ACK,也保证在合适的时候对每一个片段进行重传,有这样几点原则:

1 . 这些被发送的片段放在一个窗口中,等待被确认,没有确认不会从窗口中移走,定时器在重传时间到期内,每个片段的位置不变,这个地方其实在滑动窗口的时候也有提到过

2 .只有等到ACK收到的时候,变成发送并ACK的片段,才会被从窗口中移走。

3 .如果定时器到期没有收到对应ACK, 就重传这个TCP segment

重传之后也没有办法完全保证,数据段一定被收到,所以仍然会重置定时器,等待ACK,如果定时器到期还是没有收到ACK,继续重传,这个过程重传的TCP segment一直留着队列之内。

举个重传的例子:

1. Server 发送80个字节 Part1,seq = 1 

2. Server 发送120个字节Part2,Seq = 81

3. Server发送160个字节Part3,Seq = 201,此包由于其他原因丢失

4. Client收到前2个报文段,并发送ACK = 201

5. Server发送140个字节Part4, Seq = 361

7. Server收到Client对于前两个报文段的ACK,将2个报文从窗口中移除,窗口有200个字节的余量

8. 报文3的重传定时器到期,没有收到ACK,进行重传

9. 这个时候Client已经收到报文4,存放在缓冲区中,也不会发送ACK【累计通知,发送ACK就表示3也收到了】,等待报文3,报文3收到之后,一块对3,4进行确认

10. Server收到确认之后,将报文3,4移除窗口,所有数据发送完成


这种方式会面临一个问题:客户端在等待报文3的时候,服务器如何处理报文4, 客户端这个期间内并没有发送任何报文,服务器并不知道报文3和报文4的状态,报文4可能会丢失,也可能会被客户端接收,那么如果超时了,我到底值该发送报文3 ,还是报文3和报文4 呢?

总结起来就是2中处理

1. 定时器溢出,重传3

2. 定时器溢出,重传3,4

对于怎么传的问题,在RFC2018中已经提供了一种方案: SACK,    详细可参考文章:TCP-IP详解:SACK选项(Selective Acknowledgment)

对于重传时间是如何计算的问题,在RFC2988中也提供了一种至今Linux使用的方案,详细介绍可以参考文章:TCP-IP详解 RTT and RTO

对于定时器溢出的问题,就来介绍一下 快速重传机制。


快速重传机制

在超时重传中,重点是定时器溢出超时了才认为发送的数据包丢失,快速重传机制,实现了另外的一种丢包评定标准,即如果我连续收到3次dup ACK,发送方就认为这个seq的包丢失了,立刻进行重传,这样如果接收端回复及时的话,基本就是在重传定时器到期之前,提高了重传的效率。

在传输过程中会出现out-of-order的现象,但是在滑动窗口中会有严格的顺序控制,假设有4,5,6三个待接收的数据包,先收到了5,6,协议栈是不会回复对5,6包的确认,而是根据TCP协议的规定,当接收方收到乱序片段时,需要重复发送ACK, 在这个地方会发送报文4 seq的ACK,表明需要报文4没有被接收到,如果此后收到的是报文7,那么仍然要回报文4 seq的ACK,如果连续发送3个 dup ACK,接收端认为这个片段已经丢失,进行快速重传。

看一个简单的例子:这是下载过程中网络不好抓的tcpdump

1. 145/153/170 是3个dup ACK

2.  171包,快速重传


不过快速重传能够解决超时的问题,但是对于之前讨论的究竟重传哪些包的问题,依然不能有效的解决,这就需要TCP中提供的SACK机制来解决。


参考文章

1.http://blog.jobbole.com/71427/

2.http://www.cricode.com/2688.html

3.http://blog.csdn.net/jiqiandong/article/details/39393889

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