TCP协议中RTO的计算

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本文是以下文献相关内容的总结

[1] 《TCP/IP详解 卷1：协议》

[3] 《计算机网络 第5版》

TCP协议中经常会发生超时重传的情况，我们知道超时重传中的“时”是即RTO。RTO是Retransmission Time-OutD的缩写，该时间决定了发送方在发送数据后，在多长时间内如果没有收到ACK，就重置重传计时器，并重传上次发送失败的报文。那么RTO是如何计算的呢？

RTO说白了就是根据RTT（往返时延）而确定的。但是我们知道，RTT是一个不确定的数值，因为TCP以下的网络层相当负责，每个报文发送出去后的RTT不一定相同。这样就使得RTO的计算也比较难。为了给出一个比较合理的RTO，我们需要采用统计学里面的一些方法。首先我们介绍几个RTT变量，分别是：RTTm（测量RTT）,RTTs（平滑RTT），RTTD（偏差RTT）。

 RTTm：m可以看成measure的缩写，它是本次时间测量的RTT值，当然本次测量不能代表着一个绝对正确的值。

 注意：关于测量RTTm的获取，我们可以有不同的方法。我们可以在发送端设置计时器，也可以在发送的TCP报文选项中添加时间戳选项，用于记录发送时间，接收方接到该报文后，把该发送时间从报文中复制到ACK报文发回给发送端。所以，RTTm的计算方法并不唯一。前者比后者快，因为报文比后者短。

RTTs：s是Smoothed的缩写，我们可以把RTTs看成是一个平均的RTT，相当于一个累积的RTT的期望值，它不仅考虑本次测量到的RTT值，还会吸取历史经验，考虑以前的RTT的值，且之前的RTT的值占的比重远高于本次测量的RTT（即RTTm)。所以，RTTm(本次测到的RTT）只是整体RTT的一个样本。

注意：我们可以将RTTs看成RTT的一个平均值（或期望值）

 RTTD：D是Deviation（偏差）的缩写，偏差说白了就是误差值，它也是一个经验累加值。跟RTTm一样，它会将之前采用的RTTD作为一个参考，同时累加上当前的偏差。

注意：偏差我们可以看做是测量值与平均值（或期望值）之差的绝对值。所以本次RTTD=|RTTm-RTTs|。

RTO： RTO主要考虑RTT的期望值和偏差。

综上的理解，我们就可以很快理解并记住以下公式：

第一次测量时，RTTm是我们测量的结果，RTTs=RTTm，RTTD=RTTm/2

以后每次测量采用以下公式：

RTTs=(1-a)*RTTs+a*RTTm，a通常为1/8，即0.125.................................公式1

RTTD= (1-b)*RTTD+b*|RTTm-RTTs|,b通常为1/4,即0.25...........................公式2

RTO=RTTs+4RTTD....................................................................................公式3

说明：公式3不管是第一次计算还是最后一次，都是采用该公式。

 FAQ：假设发送端发送一个报文后，在RTO内没有收到ACK，发送端重传该报文，并重置计时器。后来发送端收到了ACK，但是发送比较困惑的是该报文的ACK是之前发送的报文对应的ACK（可能在网络中呆了很长时间）还是本次发送的报文对应的ACK，由于这个事实不能确定，所以本次获得的RTTm是不准确的，那如何更新RTO呢？

方法一：放弃考虑本次获得的RTTm，因为我们无法测得一个准确的信息（即该ACK到底对应哪个报文），该处理方法称之为Karn算法。很明显，该算法的缺点是没有考虑本次测量值，例如，为什么会要求重传？如果不是网络不拥挤会要求重传吗？这些问题都被简单的抛弃了。

方法二：考虑到方法一的缺点和优点，通常采取的做法是：不考虑获取的RTTm，因为不确定是否正确（这是利用Karn算法的优点），同时每发生一次重传，RTO就加倍，即RTO=2*RTO（弥补了Karn算法的不足），该方法称为指数退避。

TCP协议中RTO的计算