⭐ 题目日期：

字节 - 2024/09/03

📝 题解：

TCP 的快速重传（Fast Retransmit）是一种通过 重复确认（Duplicate ACK） 快速检测丢包并立即重传的机制，旨在避免传统超时重传（Timeout-based Retransmission）的长延迟，提升网络传输效率。

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核心原理

1. 重复 ACK 的生成：
   1. 当接收方收到 乱序数据包（例如收到 Seq=4 但未收到 Seq=3），会重复发送 最后一个连续有序包的 ACK（即 ACK=3）。
   2. 每收到一个乱序包，接收方都会立即发送相同的 ACK（如 ACK=3），而不会等待超时。
2. 触发快速重传的条件：
   1. 发送方连续收到 3 个重复 ACK（默认阈值），认为对应的数据包（如 Seq=3）已丢失，直接重传该包，无需等待超时计时器到期。

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工作流程示例

假设发送方发送数据包 Seq=1, 2, 3, 4，但 Seq=3 在网络中丢失：

1. 接收方行为：
   1. 收到 Seq=1 → 返回 ACK=2（期望下一个包是 Seq=2）。
   2. 收到 Seq=2 → 返回 ACK=3（期望下一个包是 Seq=3）。
   3. 收到 Seq=4 → 发现 Seq=3 缺失，立即重复发送 ACK=3（乱序触发）。
   4. 后续每收到一个乱序包（如 Seq=5, Seq=6），均重复发送 ACK=3。
2. 发送方行为：
   1. 收到第 1 个 ACK=3 → 记录重复 ACK 计数为 1。
   2. 收到第 2 个 ACK=3 → 重复计数为 2。
   3. 收到第 3 个 ACK=3 → 判定 Seq=3 丢失，立即重传 Seq=3。
   4. 进入 快速恢复（Fast Recovery） 阶段（见下文）。

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快速恢复阶段（Fast Recovery）

重传丢失包后，TCP 进入快速恢复状态，调整拥塞控制策略：

1. 拥塞窗口（cwnd）调整：
   1. cwnd = cwnd / 2（窗口减半，缓解网络压力）。
   2. 每收到一个重复 ACK，临时增大 cwnd，允许发送新数据（避免窗口冻结）。
2. 恢复阶段结束条件：
   1. 收到新数据的 ACK（如 ACK=5），表示重传成功且网络恢复，退出快速恢复，进入 拥塞避免（Congestion Avoidance） 阶段。

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与传统超时重传的对比

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优势

1. 降低延迟：
   1. 快速检测丢包，避免等待超时（RTO 通常为 200ms 以上）。
   2. 示例：视频通话中丢失一个包，快速重传能在几十毫秒内恢复，减少卡顿。
2. 减少性能波动：
   1. 传统超时重传会重置拥塞窗口至初始值（慢启动），导致吞吐量骤降；快速重传仅减半窗口，性能影响更小。
3. 适应高带宽网络：
   1. 在高带宽延迟积（BDP）网络中（如卫星通信），快速重传显著提升效率。

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优化与扩展

1. 选择性确认（SACK）：
   1. 接收方通过 SACK 选项告知发送方具体丢失的数据块（如 Seq=3-5），避免重传整个窗口。
   2. 示例：若 Seq=3 和 Seq=5 丢失，SACK 可精确通知，发送方仅重传这两个包。
2. 动态重复 ACK 阈值：
   1. 部分实现（如 Linux）允许通过参数 tcp_reordering 调整触发阈值（默认 3 次）。
   2. 高乱序网络可适当增大阈值，避免误判丢包。
3. 与拥塞控制算法结合：
   1. 现代算法（如 CUBIC、BBR）在快速重传时动态调整发送速率，平衡效率和公平性。

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实际应用场景

1. 实时音视频传输：
   1. 快速重传丢失的音频/视频帧，降低卡顿感知。
2. 在线游戏：
   1. 重传丢失的位置同步包，减少操作延迟。
3. 高频交易系统：
   1. 微秒级重传确保关键数据不丢失，避免交易失败。

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总结

快速重传通过 重复 ACK 检测丢包 和 立即重传，解决了传统超时重传延迟高的问题，成为 TCP 可靠传输的核心优化之一。其设计平衡了 效率 与 网络公平性，尤其适合部分丢包和乱序场景。结合 SACK 和现代拥塞控制算法，可进一步提升复杂网络环境下的性能。