面试官：TCP协议的重传机制了解过吗？来讲一讲!
重传机制
TCP实现可靠传输的方式之一：通过序列号和确认应答。
接收端收到发送端发送的消息，会返回一个确认应答告知接收端已收到数据 ACK=已收到数据的最后序号+1，告知发送端下次要发送的数据的序号。
但是如果数据在网络传输的过程中丢失呢？TCP针对数据包丢失的情况，设计了重传机制，四种常见的重传机制如下：
- 超时重传
- 快速重传
- SACK
- D-SACK
(1)超时重传
发送端在发送数据时会设定一个定时器，当定时器超时后依旧没有收到对方的ACK确认应答报文，就会重传原数据包，这就是所谓的超时重传。
有如下两种情况会发送超时重传：
- 确认应答报文丢失
- 接受方接收到了数据，但是其发送的ACK报文在网络中丢失了，发送方一直收不到ACK，定时器到时就会触发超时重传机制。
- 数据包丢失
- 发送方发送的报文在网络中丢失，接受方根本没收到数据就不可能发送ACK报文，发送方一直没收到ACK报文，会触发超时重传机制。
那么超时重传时间应该设置为多少呢？
先说结论：超时重传时间 RTO 应略大于报文往返时间 RTT 的值。
- RTO:Retransmission Timeout 超时重传时间。
- RTT:Round-Trip Time 往返时延，指的是数据发送时刻到收到ACK的时刻的差值，即包的往返时间。
为什么 RTO 应略大于 RTT呢？
- 当 RTO 较大时，包丢了很久才重发，重发很慢，效率低，性能差。
- 当 RTO 较小时，重发很快，有可能包没丢就重发包，是不必要的重传，会导致网络压力增大。
所以 RTO 的值可以决定 TCP 的超时重发机制是否高效，最合适的值就是略大于 RTT，就是比包的往返时间略大一些，这样包丢了也不会等很久才重传，也不会包没丢就很快地重传从而增加了网络负荷。
因为网络是变化的，RTT也就是经常变化的，所以 RTO 应该是一个动态变化的值。
Linux 中是如何计算 RTO 呢？
- 采样 RTT， 进行加权平均从而算出一个平滑 RTT 的值，并且因为网络是变化的，这个值也要不断变化
- 采样 RTT 的波动范围，避免如果 RTT 出现一个较大波动时很难被发现的情况。
计算RTO的公式，简单看一看:
其中 SRTT 是计算平滑的RTT ，DevRTR 是计算平滑的RTT 与 最新 RTT 的差距。
在 Linux 下，α = 0.125，β = 0.25， μ = 1，∂ = 4，大量实验得出来的。
如果触发超时重传而重发的而数据再次超时时，TCP的超时重传时间会翻倍，理由就是：超时了两次说明网络环境差，不宜频繁发送重复数据，要降低重传频率。
但是超时重传时间可以会越来越长，出现超时重复的等待时间很长的问题，使传输效率降低，这时就需要快速重传机制登场了。
(2)快速重传
快速重传(Fast Retransmit)机制，不以时间为驱动，而是以数据驱动重传，其工作方式为：
- 当收到三个相同的 ACK 报文时，会在定时器过期之前，重传丢失的报文段。
快速重传机制解决了超时时间过长的问题，它依然面临着另外一个问题：重传的时候，重传一个还是重传所有？
- 假设一个场景，发送方发送了6个数据，编号1~6，2和3丢失，那么接收方再收到4、5、6时，都是回复ACK2给发送方，发送方自然不清楚连续3个ACK是接受方收到哪个报文而回复的，那么
- 如果发送方只重传2一个报文，之后对于3报文来说，还得在之后收到三个重复的ACK3才能触发重传，重传的效率很低。
- 如果发送方重传2及其之后已发送的所有报文(2、3、4、5、6)，虽然丢失的2、3报文能被成功重传，但是对于接收方以及接收的4、5、6报文，等于做了无用功，比较浪费资源
所以只要发送方不知道接收方已经接收了哪些报文，不管发送方选择重传一个还是重传所有已发送的报文，都存在效率低或浪费资源的问题，这时就轮到 SACK 方法登场了。
(3)SACK
SACK(Selective Acknowledgement 选择性确认)，在 TCP 头部 选项 字段加一个 SACK，它乐于将已收到的数据的信息发送给发送方，这样发送方就可以直到接收方哪些数据收到了，哪些数据没收到，就可以只重传没收到的数据，即丢失的数据。
可以看如下图理解这个过程： 
当接收端收到三次重复的ACK200，会根据SACK中的信息得知目前300-599的数据已经接收了，只要重发200-299的数据即可。
如果要支持 SACK，必须双方都要支持。在 Linux 下，可以通过 net.ipv4.tcp_sack 参数打开这个功能（Linux 2.4 后默认打开），现在基本上都是支持 SACK 的。
(4)D-SACK
D-SACK（Deplicate SACK），使用 SACK 来告诉发送方有哪些数据被接收方重复接收了，那么 D-SACK 有哪些作用呢？
- 当发送ACK丢失时，接收方确实接收到了数据，只是ACK报文丢失了，接收方会重传数据，发送方再次发送ACK报文时 ACK > SACK 范围，则说明重传的数据接收方之前已经接收过了，发送方就知道了发送的数据并没有丢失，而是应答报文丢失了。
- 当发生网络延时，某个数据包被网络延迟了导致发送方没收到ACK确认报文，发送方继续发送报文，当收到后面报文到达的三个相同的ACK报文时，触发快速重传机制，但是在重传过程中被延迟的报文可能正好达到了接收方，接收方回复的ACK>SACK，代表收到了重复的数据，SACK的范围是重复接收到的数据包的范围，这样发送方就知道快速重传的触发不是因为ACK报文或者发出去的数据包丢失了，而是因为网络延迟。
所以 D-SACK 有如下三个好处
- 发送方可以知道是发出去的包丢了还是接收方回应的ACK包丢了
- 可以知道发送方发出的包是不是被网络延迟了
- 可以知道发送方发出的包是不是因网络中的某些原因被复制了
在 Linux 下通过 net.ipv4.tcp_dsack 参数开启/关闭这个功能（Linux 2.4 后默认打开）。
总结
因为网络不稳定存在丢包的情况，从而有了超时重传机制，因为重传等待时间过长的缘故从而有了快速重传机制，因为快速重传机制无法让发送方知道哪些包是接收方已经接收到，存在传输效率低、浪费资源等问题，从而有了SACK，又有了D-SACK可以告知接收方那些包被重复接收了，从而可以判断ACK包丢失、网络延迟等多种情况。
参考资料：小林图解计网、jk时间趣谈网络协议
