读书笔记十五：TCP/IP详解之TCP的超时与重传
TCP提供可靠的运输层。它使用的方法之一就是确认从另一端收到的数据。但数据和确认都有可能会丢失。TCP通过在发送时设置一个定时器来解决这种问题。如果当定时器溢出时还没有收到确认，它就重传该数据。
对于实现而言，关键之处就在于超时和重传的策略，即怎样决定超时间隔和如何确定重传频率。
TCP管理4种不同的定时器：
- 重传定时器：当希望收到另一端的确认时使用。
- 坚持定时器：使窗口信息保持不断流动，即使另一端关闭了其接收窗口。
- 保活定时器：检测一个空闲连接的另一端何时崩溃或重启。
- 2MSL定时器：测量一个连接处于TIME_WATI状态的时间。
超时重传是TCP协议保证数据可靠性的一个重要机制，其原理是在发送某一个数据以后就开启一个计时器，在一定时间内如果没有得到发送的数据报的ACK报文，那么就重新发送数据，直到发送成功为止。
超时
超时时间的计算是超时的核心部分，TCP要求这个算法能大致估计出当前的网络状况，虽然这确实很困难。要求精确的原因有两个：(1)定时太久会造成网络利用率不高。(2)定时太短会造成多次重传，使得网络阻塞。所以，书中给出了一套经验公式，和其他的保证计时器准确的措施。
计时器的使用
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一个连接中，有且仅有一个测量定时器被使用。也就是说，如果TCP连续发出3组数据，只有一组数据会被测量。
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ACK数据报不会被测量，原因很简单，没有ACK的ACK回应可以供结束定时器测量
RTT(往返时间):指发送端发送TCP报文段开始到接收到对方的确定所使用的时间.
RTO(超时重传时间):发送端发送TCP报文段后,在RTO时间内没有收到对方确定,即重传该报文段.
拥塞避免算法
拥塞避免算法是一种处理丢失分组的方法。该算法假定由于分组受到损坏引起的丢失是非常少的，因此分组丢失意味着网络拥塞。有两种分组丢失的指示：超时 和 重复的ACK。拥塞避免算法和慢启动算法对每个连接维持两个变量: 拥塞窗口( cwnd ) 和 慢启动门限( ssthresh )
算法工作过程：
(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,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 <= 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，然后转为执行拥塞避免。
cwnd增加方式：
慢启动初始cwnd为1,每收到一个确定就加1.成指数增长.
拥塞避免算法在每个RTT内增加 1/cwnd 个报文,成线性增长.
慢启动根据收到的ACK次数增加cwnd,而拥塞避免算法在一个RTT不管收有多少ACK也只增加一次.
快速重传与快速恢复算法
如果收到3个重复ACK,可认为该报文段已经丢失,此时无需等待超时定时器溢出,直接重传丢失的包,这就叫【快速重传算法】.而接下来执行的不是慢启动而是拥塞避免算法,这就叫【快速恢复算法】.
快重传配合使用快恢复算法，有以下两个要点:
①当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把ssthresh门限减半。但是接下去并不执行慢启动算法。
②考虑到如果网络出现拥塞的话就不会收到好几个重复的确认，所以发送方现在认为网络可能没有出现拥塞。所以此时不执行慢启动算法，而是将cwnd设置为ssthresh的大小，然后执行拥塞避免算法。
ICMP差错
(1)源站抑制的ICMP将拥塞窗口cwnd置为1个报文段,并发起慢启动,慢启动门限ssthresh不变,窗口将打开直至开放了所有的通路(受窗口大小和往返时间的限制)或者发生了拥塞；
(2)主机不可达或网络不可达的ICMP将被忽略,继续发送直至超时。
（但是TCP会保留下ICMP的错误并且通知用户）
重新分组
TCP为了提高自己的效率，允许再重新传输的时候，只要传输包含重传数据报文的报文就可以，而不用只重传需要传输的报文。
比如，第二个报文段需要重传，它可以跟第三个报文段的数据重组成一个较大的报文段然后发送。
