快重传和快恢复

Posted 2021-11-01 Harris-H

快重传和快恢复

为了防止网络的拥塞现象，TCP提出了一系列的拥塞控制机制。最初由V. Jacobson在1988年的论文中提出的TCP的拥塞控制由“慢启动(Slow start)”和“拥塞避免(Congestion avoidance)”组成，后来TCP Reno版本中又针对性的加入了“快速重传(Fast retransmit)”、“快速恢复(Fast Recovery)”算法，再后来在TCP NewReno中又对“快速恢复”算法进行了改进，近些年又出现了选择性应答( selective acknowledgement,SACK)算法，还有其他方面的大大小小的改进，成为网络研究的一个热点。

在TCP/IP中，快速重传和恢复（fast retransmit and recovery，FRR）是一种拥塞控制算法，它能快速恢复丢失的数据包。没有FRR，如果数据包丢失了，TCP将会使用定时器来要求传输暂停。在暂停的这段时间内，没有新的或复制的数据包被发送。有了FRR，如果接收机接收到一个不按顺序的数据段，它会立即给发送机发送一个重复确认。如果发送机接收到三个重复确认，它会假定确认件指出的数据段丢失了，并立即重传这些丢失的数据段。有了FRR，就不会因为重传时要求的暂停被耽误。 　当有单独的数据包丢失时，快速重传和恢复（FRR）能最有效地工作。当有多个数据信息包在某一段很短的时间内丢失时，它则不能很有效地工作。

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如果收到3个相同的ACK。TCP在收到乱序到达包时就会立即发送ACK，TCP利用3个相同的ACK来判定数据包的丢失，此时进行快速重传，快速重传做的事情有：

1.把ssthresh设置为cwnd的一半

2.把cwnd再设置为ssthresh的值(具体实现有些为ssthresh+3)

3.重新进入拥塞避免阶段。

后来的“快速恢复”算法是在上述的“快速重传”算法后添加的，当收到3个重复ACK时，TCP最后进入的不是拥塞避免阶段，而是快速恢复阶段。快速重传和快速恢复算法一般同时使用。快速恢复的思想是“数据包守恒”原则，即同一个时刻在网络中的数据包数量是恒定的，只有当“老”数据包离开了网络后，才能向网络中发送一个“新”的数据包，如果发送方收到一个重复的ACK，那么根据TCP的ACK机制就表明有一个数据包离开了网络，于是cwnd加1。如果能够严格按照该原则那么网络中很少会发生拥塞，事实上拥塞控制的目的也就在修正违反该原则的地方。

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实例

1.TCP连接进行初始化的时候，cwnd=1,ssthresh=16。

2.在慢启动算法开始时，cwnd的初始值是1，每次发送方收到一个ACK拥塞窗口就增加1，当ssthresh =cwnd时，就启动拥塞控制算法，拥塞窗口按照规律增长。

3.当cwnd=24时，网络出现超时，发送方收不到确认ACK，此时设置ssthresh=12,(二分之一cwnd),设置cwnd=1,然后开始慢启动算法，当cwnd=ssthresh=12,慢启动算法变为拥塞控制算法，cwnd按照线性的速度进行增长。

其实TCP还有一种情况会进行重传：那就是收到3个相同的ACK。TCP在收到乱序到达包时就会立即发送ACK，TCP利用3个相同的ACK来判定数据包的丢失，此时进行快速重传。

快速重传所做的事：

1.把ssthresh设置为cwnd的一半

2.把cwnd再设置为ssthresh的值(具体实现有些为ssthresh+3)

3.重新进入拥塞避免阶段

1. 快重传
   首先对于接收方来说，如果接收方收到一个失序的报文段，就立即回送一个 ACK 给发送方，而不是等待发送延时的 ACK（请参考《迟到的 ACK》）。所谓失序的报文是指，用户没有按照顺序收到 TCP 报文段，比如接收方收到了报文 M1, M2, M4，那么 M4 就称为失序 报文。

这样做的目的是可以让发送方尽可能早的知道报文段 M3 未到达接收方。快重传算法规定，如果发送方一连收到 3 个重复的确认，就应当立即传送对方未收到的报文 M3，而不必等待 M3 的重传计时器到期。

2. 快恢复
   在学习了上一节的慢启动和拥塞避免算法后，我们知道，一旦出现超时重传，TCP 就会把慢启动门限 ssthresh 的值设置为 cwnd 值的一半，同时 cwnd 设置成 1. 但是快恢复算法不这样做。

一旦出现超时重传，或者收到第三个重复的 ack 时（快重传），TCP 会把慢启动门限 ssthresh 的值设置为 cwnd 值的一半，同时 cwnd = ssthresh （在有些版本中，会让 cwnd = ssthresh + 3）。

之前的旧版本的算法是在 TCP 的 Tahoe 版本中，而改进的版本算法是在 TCP Reno 版本中。图 2 中演示了他们之间的区别。蓝色曲线是旧版本，而红色是新版本。