TCP重传

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TCP重传是网络通信中一个必不可少的组成部分，它确保发送方和接收方之间的数据传输无错误。TCP重传确保在传输过程中不会丢失任何数据包，并且任何丢失或损坏的数据包都会被重新传输，直到它们正确到达为止。为了在互联网上实现可靠的通信，TCP重传必须高效地运行。

TCP重传的定义

TCP重传是指在接收端在特定时间范围内未确认数据包时重新发送数据包的过程。当网络连接中发生数据包丢失或损坏时，就会发生这种情况，这可能是由于各种原因造成的，例如网络拥塞、路由器或交换机设置错误、信号质量差等。发生这种情况时，TCP协议会发送数据包的副本，直到接收方收到所有丢失的数据。

理解TCP重传

TCP如何在网络通信中工作

传输控制协议（TCP）是一种面向连接的协议，它控制着两个设备在网络上的通信。该协议通过将数据分解成数据包来确保可靠的数据传输，这些数据包被单独发送到网络上并在接收端重新组装。

TCP在设备之间建立虚拟连接，每个数据包都由接收方确认。它使用校验和来验证数据包的完整性，确保数据包按顺序且无错误地接收。

数据包丢失的原因及其对数据传输的影响

网络拥塞、带宽限制、设备故障和其他因素都可能导致传输过程中数据包丢失。当数据包丢失或损坏时，它们无法根据TCP的顺序控制机制在接收端正确地重新组装。

数据包丢失会对数据传输产生重大影响，因为它会导致延迟交付时间，甚至完全无法交付数据。这可能导致应用程序冻结或用户应用程序性能不佳。

TCP重传在恢复丢失数据包中的作用

传输控制协议（TCP）使用多种机制来恢复数据传输过程中丢失的数据包，例如重传超时（RTO）、快速恢复（FR）等。当在预期时间范围内未收到确认时（RTO），TCP会启动丢失数据包的重传。

即使由于网络拥塞或其他因素导致某些数据包最终丢失，这也允许可靠地传输。TCP重传在确保网络上的可靠数据传输方面发挥着至关重要的作用，因为它允许自动重新发送任何丢失或损坏的数据包，直到它们成功到达目的地，同时与TCP本身提供的顺序控制机制紧密配合。

TCP重传的类型

快速重传：快速解决方案

一种类型的TCP重传称为快速重传。此技术涉及在等待重传计时器到期之前快速重新发送疑似在传输过程中丢失的数据包。

快速重传通过根据接收端发回的三个重复确认来识别丢失的数据包。一旦发送方收到三个重复确认，它就会假设数据包已丢失，并立即重新发送它，而无需等待超时。

快速重传与其他形式的重传相比，尤其是在速度方面，具有多个优势。通过立即重新发送丢失的数据包而不是等待超时，快速重传可以提高网络通信性能并降低延迟。

基于超时的重传：安全第一

另一种类型的TCP重传是基于超时的重传，它会在预定的时间段内等待，然后假设数据包已丢失并启动重新发送。使用此技术，当在一定时间限制内（通常由发送方设置）未收到确认时，则TCP假设网络连接已失败或中途丢失了一个或多个数据包。然后，它会触发自上次确认数据包以来发送的所有数据的重新发送。

基于超时的重传比快速重传提供更高的安全性和可靠性，因为它不依赖于检测重复确认或根据网络中感知到的拥塞来假设丢失。但是，由于它依赖于超时而不是关于丢失数据包的实际信息，因此基于超时的技术可能会导致整体性能下降，因为重新发送数据包会产生不必要的延迟。

影响TCP重传性能的因素

虽然TCP重传在确保可靠的网络通信方面发挥着至关重要的作用，但其性能可能会受到各种因素的显着影响。在本节中，我们将讨论两个主要因素，它们对TCP重传的有效性有重大影响。

网络拥塞：当道路过于拥挤时

网络拥塞是现代计算机网络中的一个常见问题，其特征是在有限带宽上传输了过多的数据包。网络拥塞可能由于各种原因发生，例如多个用户同时访问同一个网络或大量数据通过网络传输。当网络变得拥塞时，数据包丢失的可能性会增加，因此对TCP重传的依赖性也更高。

网络拥塞对TCP重传性能的影响是双重的。首先，当由于拥塞导致许多数据包丢失时，重传数据包需要更长时间才能得到接收客户端的确认。

此延迟可能导致进一步的数据包丢失，以及恢复丢失数据包的进一步延迟。其次，当由于严重拥塞和数据包丢失导致许多重传数据包同时发送到网络上时，它们本身会导致额外的拥塞，这可能会加剧现有的问题。

带宽限制：狭窄的河床

除了网络拥塞之外，影响TCP重传有效性的另一个因素是带宽限制。带宽是指在给定时间段内可以通过特定传输介质（如以太网电缆或Wi-Fi连接）传输的最大数据量。

限制可能来自许多因素，例如低质量电缆或来自范围内其他无线信号的干扰。带宽限制对TCP重传的影响也是双重的：首先，这意味着可以发送并因此重传数据包的速率受到限制。

此延迟使得TCP重传难以快速恢复丢失的数据包。其次，带宽限制可能导致数据包丢失，例如缓冲区空间不足或队列溢出，这会导致更多地依赖TCP重传。

网络拥塞和带宽限制共同是影响TCP重传在网络通信中有效性的两个最重要的因素。因此，在设计改进或解决网络问题时，了解这些因素及其影响至关重要。

优化TCP重传性能的技术

TCP拥塞控制算法

TCP拥塞控制算法是一组在网络通信中实现的技术，旨在减少网络中的拥塞，这可能导致数据包丢失和长时间延迟。这些算法旨在通过控制数据包传输速率来调节通过网络的数据流，从而避免网络拥塞。有几种类型的TCP拥塞控制算法，包括AIMD（加性增大乘性减小）、Reno、Vegas和CUBIC。

AIMD线性地增加其传输速率，直到检测到拥塞，然后指数地降低其传输速率。Reno基于AIMD，但具有处理快速重传和快速恢复的其他机制。

Vegas使用更复杂的方法来测量往返时间并相应地调整其传输速率。CUBIC用三次多项式代替AIMD的线性增加，以提高高带宽网络的性能。

结论

TCP重传在确保网络通信中可靠的数据传输方面发挥着至关重要的作用。通过正确实现TCP拥塞控制算法（如AIMD、Reno、Vegas或BBR）以及其他技术（如快速重传或基于超时的重传），我们可以优化TCP重传性能。通过这样做，我们可以为所有用户提供流畅且可靠的网络体验。