TCP拥塞控制中的快重传与快恢复算法详解 1. 背景与问题定义 TCP拥塞控制的核心目标是在网络拥塞时降低发送速率，避免网络崩溃，同时在拥塞解除后快速恢复传输效率。传统的 慢启动 和 拥塞避免 算法依赖 超时重传 作为拥塞信号，但超时机制较慢（通常需几百毫秒到几秒），可能导致吞吐量急剧下降。 快重传（Fast Retransmit） 和 快恢复（Fast Recovery） 算法应运而生，旨在更早检测丢包并快速调整拥塞窗口，减少传输中断时间。 2. 核心机制：快重传（Fast Retransmit） 2.1 触发条件 快重传的核心思想是： 通过重复ACK（Duplicate ACK）提前判断数据包丢失 ，而不必等待超时。 重复ACK ：接收方收到乱序数据包时，会重复发送最后一次正确顺序的ACK。 触发规则 ：当发送方连续收到 3个重复ACK （即总共4个相同ACK）时，认为该ACK对应的数据包已丢失，立即重传该数据包。 2.2 为什么是3个重复ACK？ 1~2个重复ACK可能是由网络乱序引起（不一定丢包），3个重复ACK能较高置信度确认丢包。 设计权衡：过多重复ACK要求会延迟重传，过少则易误判乱序为丢包。 2.3 快重传的优点 避免超时等待，重传延迟从RTO（通常≥200ms）降低到约几个RTT。 保留更多网络吞吐量，因为重复ACK表明后续数据包仍能到达接收方，网络未完全拥塞。 3. 核心机制：快恢复（Fast Recovery） 快重传解决了重传延迟问题，但重传后如何调整拥塞窗口（cwnd）？传统超时重传会直接将cwnd设为1并进入慢启动，这过于激进（因为重复ACK表明网络仍可传输数据）。快恢复算法则更温和： 3.1 快恢复流程（以TCP Reno为例） 检测丢包 ：收到3个重复ACK，执行快重传。 调整阈值与窗口 ： 设 ssthresh（慢启动阈值） = 当前 cwnd / 2。 设 cwnd = ssthresh + 3 MSS（MSS：最大段大小）。 解释 ：加3 MSS是因为3个重复ACK表明有3个数据包已离开网络，接收方已缓存这些乱序包，窗口可适当扩大。 线性增长 ：进入拥塞避免阶段，每收到一个重复ACK，cwnd增加1 MSS（实际是“膨胀窗口”以允许发送新数据）。 恢复阶段 ：当重传包的ACK到达时，设 cwnd = ssthresh，回归正常拥塞避免（线性增长）。 3.2 为什么快恢复能提升性能？ 避免cwnd降为1：网络仍有容量，直接重置cwnd会导致吞吐量断崖下跌。 平滑过渡：通过“半减后线性增长”平衡公平性与效率。 4. 算法变体：TCP NewReno 与 SACK 4.1 TCP Reno的缺陷 若一个窗口内多个包丢失，Reno可能多次触发快恢复，导致性能下降。 重传仅基于重复ACK，可能无法恢复所有丢失包。 4.2 TCP NewReno 改进 添加 部分ACK（Partial ACK） 处理： 部分ACK指确认了部分重传数据，但未确认全部丢失数据的ACK。 NewReno在部分ACK出现时，继续重传下一个疑似丢失包，避免多次进入快恢复。 提升多包丢失场景下的恢复效率。 4.3 基于SACK（选择性确认）的优化 SACK允许接收方告知发送方具体丢失的数据块，发送方可精准重传多个丢失包。 结合快重传/快恢复，进一步减少不必要的重传和等待。 5. 实例演示（TCP Reno快恢复） 假设： cwnd = 20 MSS，ssthresh = 16 MSS，发送序列号1~20。 包5丢失，包6~20正常到达接收方。 步骤： 接收方收到包6（乱序），重复ACK包4（第1个重复ACK）。 发送方收到第3个重复ACK时（表示包5丢失），触发快重传： ssthresh = cwnd/2 = 10 cwnd = ssthresh + 3 = 13 重传包5，继续发送新数据（若允许）。 当包5的ACK到达时，cwnd = ssthresh = 10，进入线性增长阶段。 6. 总结与意义 快重传 ：基于重复ACK的早期丢包检测，避免超时等待。 快恢复 ：温和调整拥塞窗口，维持网络吞吐量。 演进 ：从Reno到NewReno、SACK，算法不断优化多包丢失场景。 影响 ：快重传/快恢复是现代TCP（如Cubic、BBR）的基础组件，显著提升了高延迟、高带宽网络的性能。