TCP的超时与重传

1. TCP提供可靠连接的途径是通过接受方确认发送方的数据实现的，数据和确认都可能丢失，这就需要及时发现数据或者确认丢失而进行重传。重传最重要的是要确定超时间隔和重传频率。
2. 对于每个连接，TCP管理4个定时器来完成数据的传输：
重传定时器
坚持定时器(persist)：使窗口大小保持不断流动；
保活定时器(keepalive)：检测空闲连接的另一端何时崩溃；
2MSL定时器：测量一个连接处于TIME_WAIT状态的时间。
3. 确定超时重传的重要一步是测量RTT的值，根据RTT的值依据算法得到RTO的值，TCP在收到接受方回应时更新计算当时的RTT。当超时重传发生时，在重传数据的确认最后到达之前不能重新计算RTT。
4. 源于伯克利的TCP实现在任何时候对每个连接仅测量一次RTT值，即在发送一个报文时，如果给定连接的一个定时器已经使用，就不对该报文段计时。计时使用500ms的定时器；
5. 快速重传：源于伯克利的TCP实现在收到连续三个相同的确认时，就重传确认序号起的下一个报文段，而不用等待RTO超时；快速恢复，当超时重传发生时，执行快速重传和拥塞避免而不是慢启动。
6. 拥塞避免算法：
a. 对于给定连接，初始化拥塞窗口(cwnd)为1个报文段，慢启动门限(sstresh)为65535个字节；
b. TCP输出不能超过cwnd和接收方通告的窗口大小；
c. 当超时或者收到重复确认时，sstreth被设置为当前窗口的一半，进入拥塞避免；如果是超时，还要将cwnd设置为1个报文段，进入慢启动；
d. 收到新的确认时，根据当时是拥塞避免还是慢启动增加相应的cwnd；拥塞避免cwnd每次增加cwnd/1，使得在一个往返时间内cwnd最多增加1；慢启动cwnd每次增加1，是一种指数增长。
7. 对ICMP差错处理：源站抑制的错误进行慢启动；网络或者主机不可达被忽略，一直到超时后断开连接；
8. 重新分组：重传分组可能和后续分组放在一个报文段中发送到接收方；

9. 没有做特殊设置的话，超时重传一直到关闭连接的时间为9分钟，超时重传的时间使用指数退避

超时重传情况分析，看下图

RTT和RTo概念详解

拥塞避免算法

拥塞避免算法和慢启动算法需要对每个连接维持两个变量：一个拥塞窗口cwnd和一个慢启动门限ssthresh。这样得到的算法的工作过程如下：

1) 对一个给定的连接，初始化cwnd为1个报文段，ssthresh为65535个字节。
2) TCP输出例程的输出不能超过cwnd和接收方通告窗口的大小。拥塞避免是发送方使用的流量控制，而通告窗口则是接收方进行的流量控制。前者是发送方感受到的网络拥塞的估计，而后者则与接收方在该连接上的可用缓存大小有关。
3) 当拥塞发生时（超时或收到重复确认），ssthresh被设置为当前窗口大小的一半（ cwnd 和接收方通告窗口大小的最小值，但最少为2个报文段）。此外，如果是超时引起了拥塞，则cwnd被设置为1个报文段（这就是慢启动）。
4) 当新的数据被对方确认时，就增加cwnd ，但增加的方法依赖于我们是否正在进行慢启动或拥塞避免。如果cwnd小于或等于ssthresh ，则正在进行慢启动，否则正在进行拥塞避免。慢启动一直持续到我们回到当拥塞发生时所处位置的半时候才停止（因为我们记录了在步骤2中给我们制造麻烦的窗口大小的一半），然后转为执行拥塞避免。 

linux 如何计算RTO值

以下转载于http://zhangbo.blog.51cto.com/350645/1043520

这里说的是RHEL5.4的2.6.18内核，RFC-2988实现参考net/ipv4/tcp_input.c中的 tcp_rtt_estimator和tcp_set_rto。可以看到，在Linux中alpha=1/8，RTO最小为TCP_RTO_MIN。因为 我们的系统中RTT总是很小，所以RTO取值总是能够取到TCP_RTO_MIN。

如下：

123#define TCP_RTO_MAX     ((unsigned)(120*HZ))
124#define TCP_RTO_MIN     ((unsigned)(HZ/5))

要检查系统上HZ的值是什么，就执行命令

     cat /boot/config-`uname -r` | grep '^CONFIG_HZ='

我这里是1000，因此我这边RTO为200ms，在这里需要强调一下，RTO重传间隔是指数增加的，在我这里是200*2ms，200*4ms，200*8ms。。。递增的；

还有要强调一下，重传次数是根据内核参数定制的，如下：

[root@ ~]# sysctl -a | grep tcp_retries1
net.ipv4.tcp_retries1 = 3
[root@~]# sysctl -a | grep tcp_synack_retries
net.ipv4.tcp_synack_retries = 5

下面是一篇详细描述超时重传的文章

http://www.orczhou.com/index.php/2011/10/tcpip-protocol-start-rto/