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ACK 确认机制

Seq & ACK 计算公式

需要注意的，在实际中，ACK Num 的增量为传输的数据字节数，而不是次数。通过这样的方式，确认 TCP Segment 的完整传输。

所以，Seq & ACK 计算公式如下：

ACK = Seq + 传递的字节数 + 1
Seq = ACK

重传机制

超时重传

超时重传（Timeout Retransmit），即：Sender 在发送数据时会设定一个 Timer（定时器），根据 timeout 超时配置，如果在这个时间内没有收到 Receiver 的 ACK，则会重新发送数据。

TCP 会在以下 2 种情况发生超时重传：

1. Sender Segment 丢失；
2. Receiver ACK 丢失。

RTT（往返时延）

RTT（Round-Trip Time 往返时延），即：数据从网络一端传送到另一端所需的时间，也就是包的往返时间。

RTO（超时重传时间）

RTO （Retransmission，Timeout 超时重传时间），即：发送方进行 TCP 超时重传的时间。

设置 RTO 需要非常谨慎：

1. RTO 过大，重传慢，效率差。
2. RTO 过小，会出现没有丢包就重传的情况，造成网络拥塞。

可见，RTO 的值应该略大于 RTT 的值，这可让重传机制更高效。

动态计算 RTT 和 RTO

由于网络的复杂情况，实际上 RTT 的值是动态变化的，所以 RTO 也需要动态调整。例如：Kernel TCP 协议会通过动态采样 RTT 的数值以及波动范围，然后进行加权平均，算出一个平滑 RTT 的值。

RFC6289 建议使用以下的公式计算 RTO。

• SRTT：计算平滑 RTT。
• DevRTR：计算平滑 RTT 与最新 RTT 的差值。
• 在 Linux 中，α = 0.125，β = 0.25， μ = 1，∂ = 4。

再次超时重传时，TCP 的策略是加倍超时时间。因为两次超时，就说明网络环境差，不宜频繁反复发送。

快速重传

超时重传，是以 timeout 为驱动的，缺乏灵活。例如：在一个延迟高的网络中，Sender 发出 segment，Receiver 收到并返回 ACK，但由于延迟，Sender 误以为丢包了，从而频繁触发超时重传。

为了避免无休止的重传进一步损害网络，TCP 引入了快速重传（Fast Retransmit），是一种以数据为驱动的重传机制。

快速重传流程：

1. Sender 发送了 4 个 segments，但第 1 个丢失了，而第 2-4 个成功发送。
2. Receiver 接收到第 2-4 个时，发现乱序，随即返回 3 个相同的 ACK，表示已经收到了 3 个，但有 1 个丢失了。
3. Sender 在连续收到 3 个相同的 ACK 后，认为前面有丢包，于是立即重传，而不等待 timeout。

SACK 选择性确认机制

快速重传依旧有缺陷，因为 Sender 无法判断具体丢的是哪一个 segment，而会重传所有 segments，这显然是没有必要的。

为此，TCP 引入 SACK（Selective Acknowledgment，选择性确认）机制，通过在 TCP Header Options 字段追加 SACK 标签来实现的。Receiver 通过 SACK 将目前的 “缓存地图“（丢了哪一块） 告知 Sender，Sender 继而有选择性的进行重传。

如下图，在快速重传的基础上，Receiver 结合 SACK 告知 Sender 丢失的是第 3 个包，需要单独重传。

D-SACK

D-SACK（Duplicate SACK，重复 SACK），是 SACK 的变体，在 SACK 的基础上，Receiver 用于告知 Sender 有哪些数据是重复的。

区别于 SACK：

• SACK 用于告知丢失，D-SACK 用于告知重复。
• SACK 应用于 Send 失败场景，D-SACK 应用于 ACK 失败或网络延迟场景。

ACK 失败场景：Receiver 通过 D-SACK 告知 Sender，实际上 4000 之前的包都收到了，Sender 理解了可以从 4000 开始继续发送，而避免了重传。

网络延时场景：Receiver 通过 D-SACK 告知 Sender 前面触发快速重传的原因是网络延时，而非丢包。