4.2 TCP 重传、滑动窗口、流量控制、拥塞控制 | 小林coding (xiaolincoding.com)

重传机制

TCP 实现可靠传输的方式之一，是通过序列号与确认应答。

一旦数据丢失就要重传：

超时重传

重传机制的其中一个方式，就是在发送数据时，设定一个定时器，当超过指定的时间后，没有收到对方的 ACK 确认应答报文，就会重发该数据，也就是我们常说的超时重传。

超时重传时间 RTO 的值应该略大于报文往返 RTT 的值。

快速重连

快速重传（Fast Retransmit）机制，它不以时间为驱动，而是以数据驱动重传。

在上图，发送方发出了 1，2，3，4，5 份数据：

• 第一份 Seq1 先送到了，于是就 Ack 回 2；
• 结果 Seq2 因为某些原因没收到，Seq3 到达了，于是还是 Ack 回 2；
• 后面的 Seq4 和 Seq5 都到了，但还是 Ack 回 2，因为 Seq2 还是没有收到；
• 发送端收到了三个 Ack = 2 的确认，知道了 Seq2 还没有收到，就会在定时器过期之前，重传丢失的 Seq2。
• 最后，收到了 Seq2，此时因为 Seq3，Seq4，Seq5 都收到了，于是 Ack 回 6 。

所以，快速重传的工作方式是当收到三个相同的 ACK 报文时，会在定时器过期之前，重传丢失的报文段。

SACK- 解决上面两个传输同时丢失的情况

• 这种方式需要在 TCP 头部「选项」字段里加一个 SACK 的东西，它可以将已收到的数据的信息发送给「发送方」，这样发送方就可以知道哪些数据收到了，哪些数据没收到，知道了这些信息，就可以只重传丢失的数据。

D-SACK

• 使用了 SACK 来告诉「发送方」有哪些数据被重复接收了。
• ACK丢失，发送方以为没发成功就一直发，超时重发，但是返回的ack为4000，意味着丢包

滑动窗口 -- 避免相应等待

窗口大小就是指无需等待确认应答，而可以继续发送数据的最大值。

图中的 ACK 600 确认应答报文丢失，也没关系，因为可以通过下一个确认应答进行确认，只要发送方收到了 ACK 700 确认应答，就意味着 700 之前的所有数据「接收方」都收到了。这个模式就叫累计确认或者累计应答。

流量控制 -- 不能无脑发送

让「发送方」根据「接收方」的实际接收能力控制发送的数据量，这就是所谓的流量控制。

由滑动窗口协议（连续ARQ协议）实现。

例子：

在前面我们都看到了，TCP 通过让接收方指明希望从发送方接收的数据大小（窗口大小）来进行流量控制。

窗口关闭

如果窗口大小为 0 时，就会阻止发送方给接收方传递数据，直到窗口变为非 0 为止，这就是窗口关闭。

但如果窗口关闭后，接受方处理完数据窗口增大了，于是想通知发送方我的窗口变大了，但是这个ACK报文丢失，那么就会进入死锁状态。

为了解决死锁呢，tcp为每个连接设置一个持续定时器，只要tcp连接一方收到0窗口通知，就打开持续计时器，如果超时，就发送窗口探测报文，对方收到会给出自己现在窗口的大小。如果几次探测之后还是0，那么tcp会中断连接

糊涂窗口综合症

如果接收方太忙了，来不及取走接收窗口里的数据，那么就会导致发送方的发送窗口越来越小。

到最后，如果接收方腾出几个字节并告诉发送方现在有几个字节的窗口，而发送方会义无反顾地发送这几个字节，这就是糊涂窗口综合症。

接收方通常的策略如下:

当「窗口大小」小于 min( MSS，缓存空间/2 ) ，也就是小于 MSS 与 1/2 缓存大小中的最小值时，就会向发送方通告窗口为 0，也就阻止了发送方再发数据过来。

等到接收方处理了一些数据后，窗口大小 >= MSS，或者接收方缓存空间有一半可以使用，就可以把窗口打开让发送方发送数据过来。

发送方通常的策略:

使用 Nagle 算法，该算法的思路是延时处理，它满足以下两个条件中的一条才可以发送数据：

• 要等到窗口大小 >= MSS 或是 数据大小 >= MSS
• 收到之前发送数据的 ack 回包

拥塞控制

• 拥塞控制针对网络，不针对接收方。避免「发送方」的数据填满整个网络。
• 发送窗口的值是swnd = min(cwnd, rwnd)，

拥塞窗口 cwnd是发送方维护的一个的状态变量，它会根据网络的拥塞程度动态变化的。

慢启动

这个慢启动的意思就是一点一点的提高发送数据包的数量，如果一上来就发大量的数据，这不是给网络添堵吗？当发送方每收到一个 ACK，拥塞窗口 cwnd 的大小就会加 1。

设置一个阈值当cwnd<阈值的时候，执行慢启动 ，当cwnd>阈值的时候执行拥塞避免算法

拥塞避免算法

每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd。

但是一直增加也会发生拥塞丢包，需要重传，进入拥塞发生算法」。

拥塞发生算法

快速恢复

快速重传和快速恢复算法一般同时使用，快速恢复算法是认为，你还能收到 3 个重复 ACK 说明网络也不那么糟糕，所以没有必要像 RTO 超时那么强烈。

正如前面所说，进入快速恢复之前，cwnd 和 ssthresh 已被更新了：

• cwnd = cwnd/2 ，也就是设置为原来的一半;
• ssthresh = cwnd;

然后，进入快速恢复算法如下：

• 拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）；
• 重传丢失的数据包；
• 如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd 增加 1；
• 如果收到新数据的 ACK 后，把 cwnd 设置为第一步中的 ssthresh 的值，原因是该 ACK 确认了新的数据，说明从 duplicated ACK 时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态；