计算机网络自顶向下方法24——运输层 可靠数据传输 超时间隔加倍 快速重传 是回退n步还是选择重传
可靠数据传输的进阶机制：超时间隔加倍与快速重传
我们之前讨论的回退N步和选择重传是基础模型，而TCP的实现是一种混合体，它汲取了多种思想的精华，以应对复杂的真实网络环境。
一、一些“有趣”的情况与基础协议的困境
1. 情况一：轻微的临时延迟 vs 严重的包丢失
场景：一个数据包的ACK稍微来晚了一点，可能是因为网络中存在短暂的排队。
GBN/SR的困境：如果超时间隔是固定的，这次轻微的延迟就会触发不必要的重传。在GBN中，这甚至会引发一连串不必要重传，浪费带宽。
2. 情况二：单个数据包丢失
场景：在一个很长的数据流中，只有一个数据包丢失了，其后的数据包都顺利到达。
GBN的困境：由于GBN接收方会丢弃所有失序的包，发送方需要回退并重传丢失包之后的所有包。一个丢包，代价巨大。
SR的困境：SR虽然只重传丢失的包，但它需要等待该包的超时计时器到期，这可能需要等待一个完整的超时间隔，恢复速度慢。
二、TCP的解决方案之一：超时间隔加倍
这是TCP拥塞控制的重要组成部分，但它在处理上述“情况一”时非常有效。
机制：每当TCP重传一个报文段后，它并不是使用原来的超时间隔，而是将下一次的超时间隔设置为前一次的两倍。
如何解决问题一？
如果是因为轻微的网络波动导致超时，在重传后，网络很可能已经恢复。重传的包会很快被确认，TCP随后会将超时间隔降回正常值。
如果是因为真正的网络拥塞导致连续丢包，这种指数级退避策略能迅速降低发送方的重传速率，给网络足够的时间来缓解拥塞，这是一种“利他”行为。
本质：这是一种谨慎的、自适应的策略。它承认自己无法准确判断丢包原因，于是采取一种对网络更友好的方式。
三、TCP的解决方案之二：快速重传
这是TCP为了处理“情况二”（单个包丢失）而设计的高效机制，它极大地减少了等待超时的时间。
机制：如果接收方收到了一个失序的数据包（例如，期望Seq=1000，却收到了Seq=1500），根据TCP标准，它应该立即重复发送最后一个按序包的ACK（即再次发送Ack=1000）。
触发条件：当发送方连续收到3个重复的ACK时，它就有很强的理由认为这个被期望的报文段（Seq=1000）已经丢失了，而不是仅仅延迟了（因为如果只是延迟，不会引发后续多个包的确认）。
行动：于是，发送方无需等待该报文段的超时计时器到期，就立即重传那个被认为丢失的报文段。
四、是回退N步还是选择重传？
这是一个非常好的问题。答案是：TCP是一种混合体，但它的行为在此时更偏向于“选择性重传”。
它像GBN的地方：
TCP使用累积确认，确认号表示该序号之前的所有字节都已收到。这是GBN的思想。
接收方可以接受失序的报文段并缓存它们，这是对纯GBN的改进，偏向SR。
它像SR的地方（尤其是在快速重传中）：
快速重传机制只重传那个被推断为丢失的单个报文段，而不是所有后续报文段。这正是SR的核心思想。
在快速重传之后，TCP通常会进入一个名为 “快速恢复” 的阶段，而不是像GBN那样完全回退。
结论：
TCP的可靠数据传输协议不是一个教科书式的GBN或SR。它巧妙地结合了：
GBN的累积确认：实现简单，节省ACK开销。
SR的缓存与选择性重传思想：通过快速重传/恢复机制，高效地处理单个丢包，避免了GBN的性能悬崖。
这种混合设计使得TCP在保持相对简单的同时，在效率上达到了一个非常高的水平，完美地平衡了复杂性、效率和可靠性。