(转)为什么收到三个重复的ACK意味着发生拥塞?

三次重复的ACK，可能是丢包引起的，丢包可能是网络拥塞造成的，也可能是信号失真造成的。

三次重复的ACK，也有可能是乱序引起的，而乱序和网络拥塞没有直接关系。

如果就写这两行，感觉什么都没写，接下来的文字详细解释这两行文字。

TCP背景知识
客户端有1M的文件需要上传到服务器上，问题来了，这个大文件能否用一个TCP报文传输？

肯定不能啊，因为网络路径有最大传输单元（MTU = 1500）的限制，所以IP报文不能大于1500字节，那怎么办啊？

那就让TCP将1M砍成N个1460字节的segment，这里N=685，问题又来了，这685个TCP报文如果发送方不编号，到达接收方之后，接收方依靠什么方法知道谁是第1个segment，谁是第2个segment。。。谁又是第685个segment?

为何要编号呢？不编号难道不可以吗？
比如发送方只要将685个segment按序发送， 1、2、3、4、5。。。681、682、683、684、685，这些segment排着队伍，到达终点顺序也应该是1、2、3。。。683、684、685，然后再将685个segment按序拼接在一起，就会复原成1M 字节的文件。

理想很丰满，现实很骨感，现实会把这个理想击打成粉粹。现在作者提出三个问题，读者分析一下如何解决：
(1) 乱序
假如第4、5 segment在传输过程中发生了乱序，即5比4先到达，接收方拼接的文件将为“12354。。。”，拼接文件就不是发送方的文件了，而是一个完全没有意义的废文件了，拼了老命吭哧吭哧，结果到对方却是废文件，这是无法接受的。

(2) 丢包
假如第4个segment在传输过程中不幸丢了，接收方无法完整地拼接出原始文件。

(3) 重复包
假如第4个segment在传输过程被网络设备多发送了一次，接收方拼接出的文件将是“123445。。”

如果TCP真是这么脆弱不堪，压根不会垄断可靠传输层协议，也不会有今天的地位。

那么TCP是如何解决以上三个问题的？

很简单，就两个字：编号！

编号可以解决以上三个常见问题，详细解释见下文。

乱序
接收方发现5先到，而4没有到，TCP先将5用仓库缓存下来，耐心等待4的到来，4到达之后，再按照顺序将4、5重写排列好，这很好理解吧？

丢包
接收方对于接收到的segment，会发送一个确认ACK，告诉发送方已经成功接收的编号数字，对于迟迟没有确认的segment 4，发送方的闹钟(timer)一响(timeout)，会自动重传segment 4，最终接收方也可以收到segment 4。

同学们肯定会说，由于segment 5、6、7没有丢，可能早就到达了接收方，在segment 4重传到达之前，TCP如何处理它们？

也是用仓库临时堆放一下，等4到来之后，就可以按照4567。。。的顺序让应用程序取走数据了，这个和快递公司的工作模式很相似。

重复包
既然segment 编号了，接收方发现segment 4已经收到过，再次收到segment 4已经没有任何意义了，直接丢弃就可以了。

TCP确认机制
发送方发送segment 1，接收方收到之后需要ACK确认，这里需要敲黑板提醒还在睡觉同学的注意，ACK确认号是多少？

ACK = 2 ，什么意思呢？ 意思是说，segment 1已经成功接收，寡人等待segment 2的到来。每次写到这里，都会想起中学语文课本里那句经典名言：让暴风雨来得更猛烈些吧！ 亚当夏娃仍玉米棒子的故事正是受这句名言的启发。

如果发送方发送的segment是“1、2、3、4、5、6”，那么接收方应该如何ACK确认呢？
同学们会说，那不是很简单吗？ 收到6个segment，那就发6次ACK，应该是“2、3、4、5、6、7”，当接收方接到ACK =7，就意味着编号7前面所有segment都成功接收，在这里就是“1、2、3、4、5、6”都成功接收了。

问题是ACK的次数有点多，接收方发送一次ACK耗费CPU，接收方接到一次ACK也耗费CPU，另外ACK报文对网络也是一个小小的负担。

于是RFC建议优化ACK方法，每收到2个segment，发送一次ACK，这样就会将ACK数目减半，Good Idea！

那么接收方可以这样ACK ：“3、5、7。。。”，当发送方接收到ACK=7，表明segment 1、2、3、4、5、6已经到了。

问题来了，如果发送方只有一个segment发送，按照以上规则，接收方接收2个segment才发送一个ACK，既然只有一个segment，那接收方的ACK会不会永远也发不出？

会的，机器是一根筋认死理，这里会造成通信的死锁(deadlock)。但人是活的，只要帮助TCP启动一个定时器就好，只要闹钟响了(timeout)而第二个segment还没有到，这时就顾不了那么多，直接发ACK就好。

TCP 慢启动(slow start)就是先发segment 1，直到接到对方ACK了，才会发segment 2、3。有了这个定时器，就可以避免TCP慢启动期间的通信死锁。

信息不对称
假如发送方发送segment “1234567”，接收方接到的是“1235”，接收方接到5的那一瞬间，知道4有可能丢了，也有可能乱序了，至于是哪种情况，接收方无从知晓。
但发送方对于segment 4的状态是完全空白的，既然接收方知道多一点，为什么不把这个信息同步给发送方呢？

通过什么方法把消息同步给发送方呢？
ACK =4

有同学会迷惑不解，明明收到的是5，应该ACK= 6，为何这里是4？

ACK=6 是什么意思？

表示 “12345”都成功接收，问题是4收到了吗？没有啊！所以只能ACK=4。

稍后，接收方所有接收到的segment为 “12356”，接收方如何做？
ACK=4

再稍后，接收方所有接收到的segment为 “123567”，接收方如何做？
ACK =4

发送方一直记录自己重复收到某个ACK的次数，Duplicated ACK(4) =3，此时发送方意识到segment 4有可能丢了，此时应该立马主动将segment 4重传出去，而不要被动等待segment 4的重传定时器超时再重传segment 4。

由于这种依赖外界刺激的重传方法比超时重传更快、更及时，美其名曰：快速重传(Fast Re-transmit)。

当重传的segment 4到达接收方时，终于将不连续的segment流 “123567” 修复(Restore)成连续的segment流 “1234567”，通常称这种主动修复字节流的方法为快速修复(Fast Restore)。两者合在一起统称Fast Re-transmit / Fast Restore。

上文说的外界刺激，就是发送方连续收到三次duplicated ACK，立马启动Fast Re-transmit / Fast Restore机制。

如果上文中的接收方所有接收到的segment 不是“123567”，而是”123564”，此时就是乱序的发生，接收方会重新排序成”123456” ，接收方发送ACK =7即可，segment是连续的，无需修复。

在这种情况下，发送方只接到了两次duplicated ACK =4，无需启动Fast Retransmit / Fast Restore机制，因为接收方已经成功修复。

总结一下

没有Fast Re-transmit / Fast Restore机制，TCP完全可以凭借超时重传来完成可靠传输，由于是被动地等待，所以传输效率低下。

FastRe-transmit / Fast Restore机制，使得TCP能够快速地通过三次重复的ACK，推测报文有丢失的可能，进而主动重传，传输效率更高。

补充阅读

论修复不连续segment的重要性

上文中的segment 4只要不到达接收方，即使segment 5、6、7。。。早已到达，也只能滞留在接收方的仓库(Receive Buffer)里，而不能被应用程序取走。

Receive Buffer和Advertised Window Size是直接相关的，接收方的receive buffer被占用，势必通告给发送方的window size就会变小，影响发送方CWND，进而影响发送方的发送速率。

Delivery Rate = CWND / SRTT

其中

SRTT = Smooth Round Trip Time，平均往返时间延迟

CWND = Congestion Window，发送方拥塞窗口大小，和接收方的Advertised Window Size有直接关联

Delivery Rate，发送方的发送速率

所以在SRTT不变的前提下，只要CWND变小，发送速率就会下降。

不连续的segment会严重影响TCP的传输效率。而快速修复这种不连续，会释放掉占用的仓库空间，会加快发送方的传输效率。
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作者：牛小可
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/niukeming/article/details/80779582
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