丢包检测算法

TCP 在任何传输过程中对丢失的数据包使用重传，但是数据包丢失是如何发生的以及 TCP 如何检测它。在本文中，我们将讨论丢包检测算法。

什么时候发生丢包？

丢包的原因如下：

当接收方的缓冲区已满但发送方正在发送大量数据包时。
当中间设备（即路由器）的缓冲区已满并且发送方正在发送数据包时。

第一种情况与流量控制有关，接收方将其缓冲区大小通告给发送方，以免遇到这种情况。第二种情况与拥塞控制有关，发送方必须结合使用慢启动和 AIMD 来避免这种情况。

丢包检测算法：

Linux 内核使用了三种丢包检测算法。这些如下：

RTO（重传超时）
FR（快速重传）
机架（最近确认）

这些算法检测数据包丢失，发送方降低数据包传输到接收方的速率。

RTO 算法：

它最初是由Van Jacobson在 1988 年的“拥塞避免和控制”中提出的。

当发送方将数据包发送到飞行中时，它会启动一个计时器，这是 RTT 的函数。此计时器运行 RTO 时间段并等待确认到来。如果 ACK 没有在 RTO 周期内到达，则假定相应的数据包被丢弃。 RTO 是往返时间 (RTT) 的函数。它是基于“每个数据包”或“每个拥塞窗口 (cwnd)”计算的。当 RTO 计时器在 ACK 到来之前到期时，发送方得出网络拥塞的结论，并重新传输丢失的数据包并将等待时间 (RTO) 增加 2 倍。这称为二进制指数退避技术。这样做是为了让网络摆脱拥塞状态，让它呼吸。

Some important variables used in the computation of RTO
SRTT -> Smoothed RTT
RTTVar -> RTT Variation
RTO -> Retransmission TimeOut
R -> Current RTT measured

When the first RTT measurement (R) is made, the host must set:
SRTT = R
RTTVar = R ÷ 2
RTO = SRTT + (K x RTTVar), where K = 4 as proposed by Van Jacobson in 1988

When a subsequent RTT measurement (R) is made, the host must set:
RTTVar = (1 - β) x RTTVar + β x |SRTT - R|, where β = 1/4
SRTT = (1 - α) x SRTT + α x R, where α = 1/8
RTO = SRTT + (K x RTTVar), where K = 4

每当计算 RTO 时，如果小于 1 秒，则 RTO 应向上舍入到 1 秒。 RTO 可以设置一个最大值，只要它至少为 60 秒。当重传定时器超时（即没有收到ACK）；发送方重传丢失的数据包，RTO = RTO x 2 RTO 的最大值应为 60 秒。

快速重传算法：

重新传输丢弃的数据包而不等待 RTO 计时器到期。如果收到“三个”重复的 ACK，则发送方重新传输丢失的数据包。发送方无需等待 RTO 时间段，而是等待直到收到三个重复的 ACK。这被称为快速重传，因为 3 个 ACK 副本比 RTO 花费的时间更少。现在，为什么它在收到“一个”或“两个”重复的 ACK 后不重新传输？因为看起来被丢弃的数据包实际上可能是“延迟的”，因此不建议不耐烦过早地重新传输数据包。现在，为什么它不等待超过三个重复的 ACK 来重新传输丢弃的数据包？因为如果它等待的时间更长，RTO 计时器可能会过期。快速重传的主要目标是避免等待 RTO 过期。

Duplicate ACK:

Sender send 6 packets to the receiver at a time. Suppose sender received the ACKs of packet 1 and 2.

Packet 3 is lost due to network congestion. Receiver received packet 4, 5 and 6.

When packet 4 is received at receiver, it sends the ACK of packet 2 but not for packet 4. ACK for packet 2 is already received. This is called Duplicate ACK.

TCP receiver always acknowledges the packets it has received in order. So, when 1-2-4-5-6 sequence goes out of order, receiver will send ACK for packet 2 only when it receives packet 4-5-6. It says that it has received till packet 2 in order. It will keep on sending duplicate ACKs until it gets all the packets in order.

After 3 duplicate ACKs for 4-5-6 packets, sender retransmits the packet 3. Receiver now gets all packets from 3-6 inorder and will send the ACK-6 which says that it has received till packet 6 inorder. This is called cumulative ACK.

编程需要懂一点英语

FR 的局限性：

快速重传是一种启发式方法，它“有时”会比常规 RTO 机制更快地触发丢弃数据包的重传。快速重传机制不会取代常规超时；它只是增强了该设施。例如：如果数据包在 TCP 连接的“尾部”被丢弃，则快速重传机制无济于事，因为它至少需要三个重复的 ACK。