TCP/IP詳解學習筆記(12)-TCP的超時與重傳

超時重傳是TCP協議保證數據可靠性的另外一個重要機制，其原理是在發送某一個數據之後就開啓一個計時器，在必定時間內若是沒有獲得發送的數據報的ACK報文，那麼就從新發送數據，直到發送成功爲止。

1.超時

超時時間的計算是超時的核心部分，TCP要求這個算法能大體估計出當前的網絡情況，雖然這確實很困難。要求精確的緣由有兩個：(1)定時長久會形成網絡利用率不高。(2)定時過短會形成屢次重傳，使得網絡阻塞。因此，書中給出了一套經驗公式，和其餘的保證計時器準確的措施。

1.1.遞推公式概說

最先的TCP曾經用了一個很是簡單的公式來估計當前網絡的情況，以下

R<-aR+(1-a)M

RTP=Rb

其中a是一個經驗係數爲0.1，b一般爲2。注意，這是經驗，沒有推導過程，這個數值是能夠被修改的。這個公式是說用舊的RTT(R)和新的RTT(M)綜合到一塊兒來考慮新的RTT(R)的大小。可是，咱們又看到，這種估計在網絡變化很大的狀況下徹底不能作出「靈敏的反應」（Jacoboson說的，不是偶說的，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

具體的解釋請看書的228頁，這個遞推公式甚至把方差這種統計概念也使用了進來，使得誤差更加的小。並且，必需要指出的是，這兩組公式更新，都是在數據成功傳輸的狀況下才進行，在發生數據從新傳輸的狀況下，並不使用上面的公式進行網絡估計，理由很簡單，由於程序已經不在正常狀態下了，估計出來的數據也是沒有意義的。

1.2.RTO的初始化

RTO的初始化是由公式決定的，例如最初的公式，初始的值應該是1。而修正公式，初始RTO應該是A+4D。

1.3.RTO的更新

當數據正常傳輸的狀況下，咱們就會用上面的公式來更新各個數據，並重開定時器，來保證下一個數據被順利傳輸。要注意的是：重傳的狀況下，RTO不用上面的公式計算，而採用一種叫作「指數退避」的方式。例如：當RTO爲1S的狀況下，發生了數據重傳，咱們就用RTO=2S的定時器來從新傳輸數據，下一次用4S。一直增長到64S爲止。

1.4.估計器的初始化

在這裏，SYN用的估計器初始化彷佛和傳輸用的估計器不同（我也沒有把握）造個人理解，在修正公式中，SYN的狀況下，A初始化爲0,D初始化爲3S。

而在獲得傳輸第一個數據的ACK的時候，應該按照下面的公式進行初始化：

A=M+0.5

D=A/2

1.5.估計器的更新

和上面的討論差很少，就是在正常狀況下，用上面的公式計算，在重傳的狀況下，不更新估計器的各類參數。緣由仍是由於估計不許確。

1.6.Karn算法

這不算是一個算法，這應該是一個策略，說的就是更新RTO和估計器的值的時機選擇問題，1.3.和1.5.所說得更新時機就是Karn算法。

1.7.計時器的使用

兩句話:

1. 一個鏈接中，有且僅有一個測量定時器被使用。也就是說，若是TCP連續發出3組數據，只有一組數據會被測量。
2. ACK數據報不會被測量，緣由很簡單，沒有ACK的ACK迴應能夠供結束定時器測量。

2.重傳

有了超時就要有重傳，可是就算是重傳也是有策略的，而不是將數據簡單的發送。

2.1.重傳時發送數據的大小

前面曾經提到過，數據在傳輸的時候不能只使用一個窗口協議，咱們還須要有一個擁塞窗口來控制數據的流量，使得數據不會一會兒都跑到網路中引發「擁塞」。也曾經提到過，擁塞窗口最初使用指數增加的速度來增長自身的窗口，直到發生超時重傳，再進行一次微調。可是沒有提到，如何進行微調，擁塞避免算法和慢啓動門限就是爲此而生。

所謂的慢啓動門限就是說，當擁塞窗口超過這個門限的時候，就使用擁塞避免算法，而在門限之內就採用慢啓動算法。因此這個標準才叫作門限，一般，擁塞窗口記作cwnd，慢啓動門限記作ssthresh。下面咱們來看看擁塞避免和慢啓動是怎麼一塊兒工做的

算法概要(直接從書中拷貝)

1. 對一個給定的鏈接，初始化cwnd爲1個報文段，ssthresh爲65535個字節。
2. TCP輸出例程的輸出不能超過cwnd和接收方通告窗口的大小。擁塞避免是發送方使用 的流量控制，而通告窗口則是接收方進行的流量控制。前者是發送方感覺到的網絡擁塞的估 計，然後者則與接收方在該鏈接上的可用緩存大小有關。
3. 當擁塞發生時（超時或收到重複確認），ssthresh被設置爲當前窗口大小的一半（cwnd 和接收方通告窗口大小的最小值，但最少爲2個報文段）。此外，若是是超時引發了擁塞，則 cwnd被設置爲1個報文段（這就是慢啓動）。
4. 當新的數據被對方確認時，就增長cwnd，但增長的方法依賴於咱們是否正在進行慢啓 動或擁塞避免。若是cwnd小於或等於ssthresh，則正在進行慢啓動，不然正在進行擁塞避免。 慢啓動一直持續到咱們回到當擁塞發生時所處位置的半時候才中止（由於咱們記錄了在步驟2 中給咱們製造麻煩的窗口大小的一半），而後轉爲執行擁塞避免。

補充上面的擁塞避免公式在P238頁。這整個的流程讓我聯想到開車換檔的過程。

2.2.快速重傳和快速恢復算法

這是數據丟包的狀況下給出的一種修補機制。通常來講，重傳發生在超時以後，可是若是發送端接受到3個以上的重複ACK的狀況下，就應該意識到，數據丟了，須要從新傳遞。這個機制是不須要等到重傳定時器溢出的，因此叫作快速重傳，而從新傳遞之後，由於走的不是慢啓動而是擁塞避免算法，因此這又叫作快速恢復算法。流程以下：

1. 當收到第3個重複的ACK時，將ssthresh設置爲當前擁塞窗口cwnd的一半。重傳丟失的 報文段。設置cwnd爲ssthresh加上3倍的報文段大小。
2. 每次收到另外一個重複的ACK時， cwnd增長1個報文段大小併發送1個分組（若是新的 cwnd容許發送）。
3. 當下一個確認新數據的ACK到達時，設置cwnd爲ssthresh（在第1步中設置的值）。這個 ACK應該是在進行重傳後的一個往返時間內對步驟1中重傳的確認。另外，這個ACK也應該 是對丟失的分組和收到的第1個重複的ACK之間的全部中間報文段的確認。這一步採用的是擁 塞避免，由於當分組丟失時咱們將當前的速率減半。

2.3.ICMP會引發從新傳遞麼？

答案是：不會，TCP會堅持用本身的定時器，可是TCP會保留下ICMP的錯誤而且通知用戶。

2.4.從新分組

TCP爲了提升本身的效率，容許再從新傳輸的時候，只要傳輸包含重傳數據報文的報文就能夠，而不用只重傳須要傳輸的報文。