分析TCP为什么判定三个冗余ACK后才执行快速重传

众所周知,TCP有快速重传这一机制,这一机制是相对于超时重传而言的。说他快速是因为他不需要等待一个相对可能变化起伏大的超时而言,那么为什么快速重传的触发机制是三个冗余的ACK呢?这代表了什么样的含义?

要理解这其中的含义,首先先明确一个问题:什么时候TCP会发送冗余的ACK?


答案很简单:只有当TCP的接收方收到了序号大于它本身期待序号的分组时,才会发送冗余的ACK。

举个简单的栗子,假如分组A、B和C被先后发送到接收方,分组A顺利达到接收方,接收方发送了确认ACK,假定是ACK_A,并顺利地被发送方收到。而分组B很不幸,在中途丢了,没有到达接收方。分组C同A一样顺利到达了接收方,于是接收方看到了C分组的编号,发现缺少了B(因为A-B-C是按顺序的一组编号)的编号的分组,于是它只能再次发送ACK_A给发送方,以此提示发送方:自己此时并没有收到B分组。这是从发送方的角度看问题,同是也是“上帝视角”看问题。(所谓上帝视角,是因为我们已经知道了分组B是在中途丢失了)

于是继续这种情况,我们把视角切换到发送方,发送方这时候收到了第一个冗余的ACK_A,它觉得此时有两种可能性:第一种可能性是B分组丢失了(也即我们的上帝视角);然后还有第二种可能性,这种可能性就是,C分组可能先于B分组到达。这种情况听起来不大可能(因为按理来说B先发送,应当是B先到达),然而在分组传输过程中,其它层可能会改变分组的顺序,也即可能出现B和C的顺序被交换的可能性,于是第二种可能性也是成立的。

所以基于前面的论述,既然C分组可能先到达,那么传回来的冗余ACK就不一定是说明B丢失了,而是可能说明B的位置被切换了。于是TCP的设计者就设计了一个三次机制,也就是说当B被换到C分组后面的时候,第一个冗余ACK到达,先等一等看看B会不会刚好在C的后面,于是第一次的冗余没有引发立刻重传。然而B也有可能又被D分组(假设C后面有分组D和分组E)交换次序,因而再等一个D分组到达的冗余分组,再等一个E分组到达的冗余分组。当三个B后面的分组都到达了,这时候发送方收到了三个冗余的ACK之后,它终于认定不是因为被交换了次序,而是因为确实是丢了(第一种情况),于是它执行重传。

那么只剩下了最后一个问题,TCP的设计者为什么认定出现了三个冗余ACK,就一定不可能是发生三位的交换呢?(也即为什么这时候不可能是次序交换引起的呢?)我想,这大概是从众多试验中得出的结论吧,毕竟TCP已经有几十年的发展史了,可能在漫长的发展中,这个“三”就被得到了呢?(最后部分仅代表个人猜想,如有不同,可讨论)

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