如何解决 TCP 的超时重传问题？

TCP超时重传用于解决丢失的ACK或数据报文,但如果设置不当也会引起网络拥塞。常见的解决方案有:

1. 合理设置重传超时时间:根据RTT来动态计算超时时间,既避免重传次数过多,也能及时恢复丢失报文。通常设置为3-5倍RTT。
2. 启用快速重传:当收到3个重复ACK时就立即重传,不等待超时。可以大大减少超时重传次数。
3. 选择合适的初始重传时间:如果初始时间设置太小,容易导致不必要的重传和网络拥塞。一般设置为1-3秒。
4. 启用拥塞控制机制:当网络拥塞时,降低发送窗口大小cwnd,减少重传报文量,避免拥塞加重。
5. 选择适当的最大超时次数:如果重传次数过多,会严重影响传输性能。通常设置为5-10次。

代码示例:

python
from random import random

# 初始化参数
RTT = 1        # 时延     
timeout = 3*RTT   # 超时时间 
cwnd = 10        # 拥塞窗口大小
ssthresh = 15     # 慢启动阈值
dup_ack = 0      # 重复ACK数量  
max_timeout = 5   # 最大超时次数

# 记录最近接收ACK时间
last_ack_time = time.time()   

while True:
    # 计算超时时间并发送数据
    timeout_time = last_ack_time + timeout
    send_data = []
    for seq in range(cwnd):  
        send_data.append(seq) 
    print('发送:', send_data)

    # 收到ACK,更新RTT和最后ACK时间
    if time.time() < timeout_time:        
        last_ack_time = time.time()
        RTT = last_ack_time - send_time    

        # 慢启动阶段cwnd增1,拥塞避免阶段cwnd随时延变化
        if cwnd < ssthresh:
            cwnd += 1
        else:
            cwnd += 1/RTT 

    # 超时重传 
    else:
        timeout_cnt += 1             # 超时次数+1
        ssthresh = cwnd/2           # ssthresh减半
        cwnd = 1                    # cwnd重置为1       
        print('超时,重传')

        # 超过最大超时次数,关闭连接
        if timeout_cnt > max_timeout:       
            print('超时次数过多,关闭连接')     
            break  

超时重传是TCP提供的可靠传输机制之一,但如果设置不当也会引起网络拥塞。通过选择合适的重传超时时间、启用快速重传、设置初始重传时间、使用拥塞控制和限制最大超时次数等方法可以有效解决超时重传问题,改善网络传输性能。