TCP 丢包恢复策略：代价权衡与优化迷局

网络物理层丢包是一种需要偿还的债务，可以容忍低劣的传输质量，这为 UDP 类服务提供了空间，而对于 TCP 类服务，可以用另外两类代价来支付：

• 主机端采用轻率的 GBN 策略恢复丢包，节省 CPU 资源，但浪费网络带宽；
• 主机端采用极其谨慎的 SACK 策略恢复丢包，浪费 CPU 资源，但节省带宽；

无论哪种，都属于异常处理路径，可靠传输协议，丢包总要恢复，省是省不了的，要么用 CPU 换带宽，要么用带宽换 CPU，TCP 协议已经可以将策略完美配置在两个极端。

上述两类策略我特意加上 “轻率” 和 “谨慎” 修饰，以表明标准版 GBN 和 SACK 是恢复丢包的最小代价，CPU 和 带宽是决策的两端。我写这个目的在于表明但凡你稍微给 GBN 或 SACK 加戏，就要付出额外代价，结局是既浪费了 CPU 又浪费了带宽。

来举两个例子，先看 GBN，我们知道 GBN 几乎不费 CPU，只要超时或 3 次 dupack 立马就重传 snd_una 到 snd_nxt 间所有段，如果你发明一个新的 GBN 算法，加入了比超时和 3 次 dupack 更复杂的丢包判断，由于重传动作省不了，就额外增加了丢包判断的 CPU 消耗。

再看 SACK，从相关 RFC 中我们看到 TCP SACK 谨慎到鉴别 scoreboard 每一个段的状态，虽然 RACK 后有所松散，但依然保持谨慎的底色，这意味着作为 GBN 反面的 SACK 不希望浪费一个段的带宽，但如此复杂的状态鉴定显然需要更多 CPU，如果你发明了一个更加 “高效” 的 SACK 算法，希望丢包能更加快速恢复，势必要冒险重传不该重传的段，精确鉴定省不了，多发的额外重传段却浪费了带宽。

那么是否存在一个交易点，在这个点位，重传动作更快开始，恰到好处的精确丢包判定，恰到好处的精确重传。理论上这个点肯定存在，但实际上根本找不到，因为端到端传输协议携带的信息量根本不足以找到这个点，TCP/IP 框架下的传输协议的网络度量在本质上是不可观测的，比如 RTT 和 delivery rate 根本无法测准。

若要解决测不准问题，要么需要协议携带更多信息，这增加了协议头开销，要么端网协同，这增加了转发节点的计算和状态存储开销，本质上还是交易，在分布式复杂系统中，买卖的收益是递减的，也就是说增加一个机制会引入该机制本身的消耗，而它带来的收益却只是解决一个不值得解决的问题。

在现实中，我们经常看到类似不值得做的事，只要它工作的还不至于糟糕，就让它继续工作。

解决丢包重传问题的根本方法就是升级底层网络，提高线路质量，提高交换容量。自下而上才能起到优化效果，而自上而下只能规避问题，是为 workaround，这一点上，TCP 用最小代价处理(而不是解决，解决只能靠物理层，链路层)丢包恢复已经足够好。如果算法上没有明显的缺陷，优化效果几乎只能自下而上呈现，而 TCP GBN 和 TCP SACK 没有缺陷。

So？还做什么 TCP 传输优化，现有信息量约束下，每做一个新策略都是在同时浪费 CPU 和带宽，同时浪费公司的钱。

还有另一类丢包值得关注，即拥塞丢包，它不是问题，相反，它是功能。就像感冒和醉酒一样，拥塞丢包是一种功能性信号，如何处理拥塞也像如何治疗感冒和醒酒一样常规。在统计复用系统中，没有任何机制可以避免拥塞丢包，问题在于用最小的代价回应拥塞，答案都在 AIMD 或测度方法里，不赘述。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。