数据通信——传输层TCP（超时时间选择）

引言

  TCP每一次发送报文段，就会对这个报文段设置一次计时器。如果时间到了却没有收到确认报文，那么就要重传该报文。

  这个之前在TCP传输的机制中提到过，这个章节就来研究一下超时时间问题。

 关于加权的概念

有必要提及一下加权的概念，这属于数学知识，但可用帮助我们理解超时重传机制。 

权是在测量时不同的精准度，加权就是乘上权重/系数的含义，加权是对精准度的一种测量。

    比如说：你参加了一个竞赛，专家、老师和学生分别为你打分。最后分数进行计算后作为总成绩。我们下意识认为是(8+6+7)/3=7这样通过加法平均数的方式进行计算。但是在你看来不公平！因为你认为专家是懂竞赛的，不应该因为老师的打分和学生的随意而影响了总成绩。因此赛事委员设置专家的权重和老师及学生的权重为0.5:0.3:0.2，那么加权后就是8*0.5+6*0.3+7*0.2=7.2。这样相对更加公平。下图就是加权的计算方式。

好了，此时就能对超时重传时间进行描述了。

超时重传时间

    下图所示，TCP数据报文发送直到TCP确认报文回馈的这段时间为一个RTT时间。这个之前也提到过。

但是会出现以下两种情况：

    一，超时重传时间远远小于一个RTT时间，那么就会导致ACK信息还没到达前，请求重传就发出了，结果ACK到达了，重传发出后的请求又导致重复的信息再次发送了。占用了大量带宽！

    二，如果超时重传时间远远大于一个RTT时间，那么一旦出现问题需要重传了，超时重传的请求隔了很久才到达，大大影响了网络使用空间。

上图是两种可能发生的情况 

    为了避免上述情况的发生，超时重传的时间应该略微大于RTT时间，可是问题来了，怎么保证呢？这时就要采用加权计算的方式了。

    我们知道每个报文在一段时间内的传输速率不同，因此重传时间不应该是一个固定值，而是随着RTT值的变动而变动且要略大于RTT值。我们此时假设RTO为超时传输时间，RTTs为加权的平均往返时间。那么就有如下计算方式：

  我们得出了加权的RTTs的值，这个数值决定了各个阶段RTT在加权情况下的往返时间，随后，我们要使得RTTO略微大于RTTs即可，那么有以下计算公式：

 我们知道RTTs是上述的加权平均往返时间，那么RTTD是什么呢？

    RTTD为RTT的偏差的加权平均值。官方建议这样计算：第一次测量时，RTTD的值取为测量到的RTT样本值的一半。在以后的测量中，使用以下公式计算加权平均RTTD的值。

    它的计算方式和RTTs计算方式大同小异，我认为RTTD是为了进一步精准确定RTTs的范围，将RTTs的加权平均值和4倍的RTTD的偏差加权平均值放在一起就能得到RTO的值。

    好了，确定了RTO的数值，我们就可以重传了，而每一次重传又会发生两种情况好了，新问题又来了：

  也就是说，重传时，问题又会出现之前RTT的情况，此时的RTO如果不进行更改，那么问题会再次显现。 

    那么此时引入了一个算法（Karn算法），公式是：

     其中“r”的值为2，每一次重传都会将旧的超时重传时间扩大2倍。当报文段不再重传时，才会根据报文段的往返时延更新平均往返时延RTT和超时重传时间RTO的数值。这样的好处是，我不需要对重传报文的往返时间重新计算了。