TCP可靠传输：RTT估计、超时与快速重传

可靠数据传输

TCP是建立在不可靠的、尽力而为的IP服务上的可靠数据传输协议，因此TCP采用了超时重传机制，确保了接收端收到的数据是有序无损的。

第一种情况是，假设主机A给主机B发送一个报文段，序号是92，包含8字节数据。在发出该报文段后，主机A需要等待来自主机B的确认号为100的报文段。虽然主机B收到了A的报文段，但是B发往A的确认报文丢失了。在这种情况下，超时事件就会发生。主机A会重传相同的报文段，当主机B收到重复报文将会将其丢弃。

第二种情况是，假设主机A连续发送了两个报文段，第一个报文段序号是92，包含8字节数据，第二个报文段序号是100，包含20字节数据。

这两个报文段都完好无损地到达主机B，并且主机B分别发送了确认号100和120，但是这两个确认报文都没有在超时之前到达。

当超时事件发生时，主机A将会重传序号为92的第一个报文段。此时，如果第二个报文段的ACK在新的超时之前到达，那么第二个报文段就不再会被重传。

第三种情况是，主机A发送两个报文段，其中第一个报文段的确认丢失，但是在超时事件发生之前，主机A收到了第二个报文段的确认。由于累计确认，主机知道主机B已经收到了之前所有的报文段，因此不会再重传。

RTT估计与超时

固定超时过短会误重传，过长又使恢复迟缓。记$E$为EstimatedRTT、$D$为DevRTT，$S$为本次SampleRTT。本节采用先用旧估计更新偏差的次序：

常用$\alpha=1/8$、$\beta=1/4$。教学计算的原始超时为$E_{new}+4D_{new}$。RFC 6298还考虑时钟粒度，并建议将计算出的RTO向上限制到至少1秒；本节实验同时显示原始值与这个下限，以免将教学公式等同于全部实现细节。

超时后RTO应指数退避。没有时间戳等消除歧义的机制时，重传报文段的确认不直接用于RTT采样（Karn原则），因为无法判断ACK对应原始发送还是重传。

快速重传（Fast Retransmit）

超时触发重传存在一个问题，就是超时周期可能相对较长。当一个报文段丢失时，发送方就被迫延迟重传丢失的分组，因而增加了端到端时延。

通常，发送方可在超时事件发生之前，通过注意冗余的ACK可以检测到丢包情况。因为发送方发送大量的报文段，如果一个报文段丢失，就很可能引起许多冗余ACK。

如果发送方一旦收到3个冗余ACK，就认为该报文段已经丢失，TCP就会执行快速重传，即在该报文段超时之前就进行重传。