TCP协议-TCP中的定时器/计时器

 1 概述

我们知道，TCP协议是面向连接、提供可靠交付的服务的传输层协议。 为了保证传输的可靠性，TCP 使用了多种定时器，下面我们就来探讨和分析一下 TCP 使用了哪些定时器？分别起什么作用？

• 超时定时器(timeout timer)：当发送方发出报文段后，就启动超时定时器，如果在规定时间内没有收到对端发来的确认，就重传已发送过的报文段。
• 持续计时器(persistence timer)：当 TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知时，就启动持续计时器。
• 时间等待计时器(TIME-WAIT timer)：主动发起连接释放的一方处于 TIME-WAIT 状态时，启动该计时器，等待2MSL的时间后才能进入到CLOSED状态。因此，该计时器也称为 2MSL计时器。
• 保活定时器(keepalive timer)：用于检测一个空闲的 TCP 连接是否仍然是保持着连接的状态。

 <注> MSL(Maximum Segment Lifetime，最长报文段寿命) [RFC 793] 标准文档建议设置为 2 分钟。当然，TCP 允许不同的实现可以根据实际情况使用更小的 MSL 值。

 2 超时定时器

• 作用：实现超时重传的功能，提高 TCP 的传输可靠性，确保对方收到，并返回确认。
• 情景分析：发送方每发送完一个TCP报文段，就启动超时计时器。如果在超时计时器到期之前收到了对方的确认，就撤销已设置的计时器；如果超时计时器到期后仍未收到对方的确认，就认为刚才发送的报文段丢失了，因而重传前面发送过的报文段。
• 超时重传时间的选择：设置RTO(Retransmission Time-Out)值。RTO 不是固定值，需要参考测量所得的往返时间RTT(Round Trip Time)的样本值。
• 计算RTO的算法：经典算法（SRTT算法）、 Karn / Partridge 算法（SRTT优化算法）、Jacobson / Karels 算法（SRTT改良算法）

3 持续计时器

• 作用：为了解决当滑动窗口为零时而可能出现的死锁问题。
• 情景分析：当 TCP 连接的一方收到零窗口通知的一方，就启动持续计时器。若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带 1 字节的数据），然后根据对方回复的确认报文段中给出的窗口值进行判断。如果窗口值仍为零，那么收到这个确认报文段的一方就重置持续计时器，轮询发送零窗口探测报文段；如果窗口值不为零，那么死锁的僵局可以打破了，从而可以继续发送数据了。

4 时间等待计时器

• 作用：在连接释放的过程中，确保对端有足够的时间收到最后一个ACK确认报文段，从而使TCP连接能够正常断开。
• 情景分析：在TCP连接释放的过程中，主动关闭连接的一方，当收到对端发来的FIN结束报文段后，需要对此发出确认，然后进入到 TIME-WAIT 状态。请注意，此时TCP连接还没有释放掉。它会启动时间等待计时器，等待 2MSL 的时间后，才能进入到 CLOSED 状态，才算真正结束了此次TCP连接。如果在 2MSL 时间内，又重新收到了对端发来的 FIN+ACK 报文段，说明对端没有收到最后一个ACK确认报文段，对端于是超时重传了这个 FIN+ACK 报文段。接着，本端重传一次确认，重新启动 2MSL 计时器，等待 2MSL 的时间后，才能进入到 CLOSED 状态。
• MSL值：需要参考 TTL 时间，大于等于 TTL 即可。

<注> TTL(Time To Live，生存时间)  是指IP数据报在网络中的生存寿命。IP数据报每经过一个路由器时，就把 TTL 减去数据报在路由器所消耗掉的一段时间。若数据报在路由器消耗的时间小于 1 秒，就把 TTL 的值减 1。当 TTL 值减为零时，就丢弃这个数据报。

5 保活计时器

• 作用：在一条TCP连接中，通信双方长时间没有数据传输的情况下，检测对端是否还活着。
• 情景分析：

• 客户主机正常运行且可达：服务器每收到一次客户的数据，就重置保活计时器，时间的设置默认是 2 小时。
• 客户主机崩溃：若在保活计时器设置的超时时间到期后，仍没有收到客户的数据，服务器就发送一个探测报文段，以后每隔 75 秒发送一次。若一连重试 10 次后仍无客户端的响应，服务器就认为客户端出了故障，接着就关闭该TCP连接。
• 客户主机崩溃并重新启动：这时服务器将收到一个对其保活探测报文段的确认，但是这个确认是一个复位(RST=1)，使得服务器主动终止该TCP连接。
• 客户主机正常运行但不可达：同第二种情况一样的处理。

6 补充

• RTT（往返时间）：采样值，一般实时计算，比较严格。
• TTL（IP数据报生存时间）：固定值，在IP首部的 “生存时间” 字段中设置。
• MSL（TCP报文段的最大生存时间）：固定值，MSL >= TTL。

参考

《计算机网络(第7版-谢希仁)》第5章

TCP协议探究（四）：定时器