TCP 的那些事，快速重传

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TCP在网络OSI的七层模型中的第四层——Transport层，IP在第三层——Network层，ARP在第二层——Data Link层，在第二层上的数据，我们叫Frame，在第三层上的数据叫Packet，第四层的数据叫Segment。

• TCP的包是没有IP地址的，那是IP层上的事。但是有源端口和目标端口。

网络上的传输是没有连接的，包括TCP也是一样的。而TCP所谓的“连接”，其实只不过是在通讯的双方维护一个“连接状态”，让它看上去好像有连接一样。所以，TCP的状态变换是非常重要的。

• Sequence Number是包的序号，用来解决网络包乱序（reordering）问题。
• Acknowledgement Number就是ACK——用于确认收到，用来解决不丢包的问题。
• Window又叫Advertised-Window，也就是著名的滑动窗口（Sliding Window），用于解决流控的。
• TCP Flag ，也就是包的类型，主要是用于操控TCP的状态机的。

对于建链接的3次握手，主要是要初始化Sequence Number 的初始值。通信的双方要互相通知对方自己的初始化的Sequence Number（缩写为ISN：Inital Sequence Number）——所以叫SYN，全称Synchronize Sequence Numbers。

 

对于4次挥手，其实你仔细看是2次，因为TCP是全双工的，所以，发送方和接收方都需要Fin和Ack。只不过，有一方是被动的，所以看上去就成了所谓的4次挥手。如果两边同时断连接，那就会就进入到CLOSING状态，然后到达TIME_WAIT状态。

 

快速重传机制

于是，TCP引入了一种叫Fast Retransmit 的算法，不以时间驱动，而以数据驱动重传。也就是说，如果，包没有连续到达，就ack最后那个可能被丢了的包，如果发送方连续收到3次相同的ack，就重传。Fast Retransmit的好处是不用等timeout了再重传。

比如：如果发送方发出了1，2，3，4，5份数据，第一份先到送了，于是就ack回2，结果2因为某些原因没收到，3到达了，于是还是ack回2，后面的4和5都到了，但是还是ack回2，因为2还是没有收到，于是发送端收到了三个ack=2的确认，知道了2还没有到，于是就马上重转2。然后，接收端收到了2，此时因为3，4，5都收到了，于是ack回6。示意图如下：

Fast Retransmit只解决了一个问题，就是timeout的问题，它依然面临一个艰难的选择，就是重转之前的一个还是重装所有的问题。对于上面的示例来说，是重传#2呢还是重传#2，#3，#4，#5呢？因为发送端并不清楚这连续的3个ack(2)是谁传回来的？也许发送端发了20份数据，是#6，#10，#20传来的呢。这样，发送端很有可能要重传从2到20的这堆数据（这就是某些TCP的实际的实现）。可见，这是一把双刃剑。

 

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• 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。