TCP的重传机制

TCP实现可靠传输的方式是通过序列号与确认应答。在TCP中，当发送端的数据到达接收主机时，接收端主机会返回一个确认应答消息，表示已收到消息。（实际上，ACK中确认的序列号，表示后续希望接收到的起始序列号）

超时重传

当数据包丢失，或者ACK丢失的时候，发送方的定时器超时，没有收到ACK，此时重传数据包。（没有人会重传ACK）

当超时时间RTO较大时，重传的发生就慢，丢了老半天才重发，没有效率，性能差。当超时时间RTO较小时，会导致可能并没有丢包就重传，重传的发生虽快，但可能会增加网络拥塞，导致更多的超时，更多的超时导致更多的重发...

精确的测量RTT时间对设定RTO的值是非常重要的，这可让TCP的重传机制更高效。根据上述的两种情况，我们可以得知，超时重传时间 RTO 的值应该略大于报文往返 RTT 的值。

具体计算RTO的值还是很复杂的，参考RFC6289，涉及到SRTT概念，平滑的RTT。

如果超时重发的数据，再次超时的时候，又需要再次重传的时候，TCP的策略是超时间隔加倍。也就是每当遇到一次超时重传的时候，都会将下一次超时时间间隔设为先前值的两倍。两次超时，就说明网络环境差，不宜频繁反复发送。

TCP timestamps (RFC1323)

TCP timestamps的设计目的，是为了记录数据包的发送时间，进而计算RTT，过程如下：

Kind: 8             // 标记唯一的选项类型，比如window scale是3
Length: 10 bytes    // 标记Timestamps选项的字节数
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| Kind=8 | Length=10 | TS Value (TSval) | TS ECho Reply (TSecr) |
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    1          1             4                       4

tcp_timestamps必须需要双方都要开启方可生效，这是前提条件，如果有一方没有开启则双方进行数据发送接收时该功能不起作用（比如client端发送的SYN包中带有timestamp选项，但server端并没有开启该选项。则回复的SYN-ACK将不带timestamp选项，同时client后续回复的ACK也不会带有timestamp选项。当然，如果client发送的SYN包中就不带timestamp，双向都将停用timestamp）

精确计算RTT

但是RTT应该是 (recv_time - send_time1)呢，还是(recv_time - send_time2)呢？

以上两种方式都不可取！因为无法判断出recv_time对应的ACK是确认第一次数据包的发送还是确认重传数据包。因此TCP协议栈只能选择非重传数据包进行RTT采样。但是当出现严重丢包(比如整个窗口全部丢失)时，就完全没有数据包可以用于RTT采样。这样后续计算SRTT和RTO就会出现较大的偏差。

tcp_timestamps选项很好的解决了上述问题，因为ACK包里面带的TSecr值，一定是触发这个ACK的数据包在发送端发送的时间。不管数据包是否重传都能准确的计算RTT(前提是TSecr遵循RTTM中的计算原则)。

当然timestamp不仅解决了RTT计算的问题，还很好的为PAWS机制提供的信息依据。

PAWS

PAWS（Protect Againest Wrapped Sequence numbers），目的是解决在高带宽，高流速情况下，TCP序号重复排列带来的问题。解决这个问题，也是依赖tcp timestamps。

PAWS的做法是，如果收到的一个TCP数据包的timestamp值小于TS.Recnt（接收方最后确认收到的数据的timestampe），则会丢弃该数据包。

数据中心现在普遍100G互联，对应100G网口，只需要0.34秒，就可以完成4294967296字节的发送。这种LFN长肥网络，时延稍微增大，就可能出现相同seq的还在传输中的tcp报文。

>>> 0xFFFFFFFF*8/10**11
0.3435973836

快速重传

TCP还有另外一种快速重传（Fast Retransmit）机制，它不以时间为驱动，而是以数据驱动重传。

快速重传的工作方式是当收到三个相同的 ACK 报文时，会在定时器超时之前，直接重传丢失的报文段。由于不再等待超时，因此冠以快速。

SACK

快速重传存在一个小问题，发送方在收到三个相同ACK之后，除了ACK直接指向的那个segment，其后的segment是否也要重传呢？发送方无法判断，因此就引入了SACK机制，Selective Acknowledgement，有选择的确认。

这种方式需要在 TCP 头部「选项」字段里加一个 SACK 的东西，它可以将缓存的地图发送给发送方，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。

DSACK

DSACK，Duplicated SACK，主要作用是使用了 SACK 来告诉「发送方」有哪些数据被重复接收了。

DSACK报文特征是 SACK 中标识的序列号小于ACK确认的序列号，这表示收到了重复数据。此时，发送方可以判断，是对方的ACK报文丢失，或者网络延迟导致超时重发后，对方收到多次，或者网络将发送方的数据包复制了。