由于TCP的下层网络（IP）可能出现丢失、重复或失序的情况，TCP协议提供可靠数据传输服务。为保证数据传输的正确性，TCP会重传其认为已丢失（包括报文中的比特错误）的包。TCP使用两套独立的机制来完成重传，一是基于时间，二是基于确认信息的构成。

第一种基于时间的重传在其下的数据链路层、网络层乃至同层的UDP协议都有使用，即设置一个计时器来判断数据传输是否超时，当然它们对于计时器时间的设定规则有所不同。本文主要聚焦于TCP的第二种重传机制。

快速重传

快速重传机制[RFC5681]基于接收端的反馈信息来引发重传，而非基于计时器超时重传。与超时重传相比，快速重传能更加及时有效地修复丢包情况。

快速重传机制要求当接收到失序报文段时，TCP需要立即生成确认信息（重复ACK），并且失序情况表明在后续数据到达前出现了丢包，发送端的工作即为尽快填补丢包带来的数据段空缺。

所谓重复ACK，举个例子，假设A与B之间建立连接，A向B发送数据，有4个TCP报文段，序列号分别为：N-1，N，N+1，N+2。再假设序列号N的报文段丢失（也许只是延迟到达），将会导致失序：N-1，N+1，N+2。此时接收端回复的ACK将会是N，N，N（接收到N-1的报文段后接收端认为下一个应该是N）。因此TCP等待一定数目的重复ACK（称为重复ACK阙值或dupthresh），来决定数据是否丢失并触发快速重传。通常这个阙值为常量3，但也有一些协议实现可基于当前的失序程度动态调节该值。

快速重传算法可以概括如下：TCP发送端在观测到至少dupthresh个重复ACK后，即重传可能丢失的数据分组，而不必等到重传计时器超时。不采用SACK时，在接收到有效ACK前最多只能重传一个报文段。根据重复ACK推断的丢包通常与网络拥塞有关，因此快速重传也会触发拥塞控制机制。采用SACK（见下文），ACK可包含额外信息，使得发送端在每个RTT时间内可以填补多个空缺。

SACK

由于TCP采用累积ACK确认，因此TCP有时候并不能正确地确认之前已经接收的数据。由于接收的数据是无序的，所以接收到的数据的序列号也是不连续的。在这种情况下，TCP接收方的数据队列中会出现空洞的情况。因此在提供字节流传输服务时，TCP接收方需要防止应用程序使用超出空间的数据。一种方法是直接禁止交付存在空洞的数据，直到空洞被填补。而另一种方法则是使用SACK选项。

如果TCP发送方能够了解接收方当前的空洞（以及序列空间中超出空洞的乱序数据块），它就能在报文段丢失或接收方遗漏时更好地进行重传工作。接收方通过SACK选项能够提供确认信息描述乱序数据，以帮助发送方有效地利用信息进行重传。

SACK信息保存于SACK选项中，包含了接收方已经接收的数据块的序列号范围，每个范围被称作一个SACK块，由一对32位的序列号表示。因此，一个SACK选项包含了n个SACK块，长度为（8n+2）个字节，增加的2个字节用于保存SACK选项的种类与长度。由于TCP头部选项的空间有限，因此一个报文段中发送的最大的SACK块数目为3（假设使用了时间戳选项）。虽然只用SYN报文段才能包含“选择确认”选项，但是只要发送方已经发送了该选项，SACK块就能通过任何报文段发送出去。

带选择确认的重传

合理采用SACK信息能更快地填补数据空洞，且能减少不必要的重传，原因在于一个RTT内能获知多个空缺。当采用SACK时，一个ACK可包含3个告知失序数据的SACK信息，每个SACK信息包含32位的序列号，代表接收端存储的失序数据的起始至最后一个序列号（加1）。

伪超时与重传

在很多情况下，即使没有出现数据丢失也可能引发重传。这种不必要的重传称为伪重传（spurious retransmission），造成伪重传的主要原因是伪超时（spurious timeout），即过早判定超时，其他因素如包失序、包重复，或ACK丢失也可能导致该现象。在实际RTT显著增长以致超过了当前RTO时，就可能出现伪超时。

包失序

在IP网络中出现包失序的原因在于IP层不能保证包传输是有序进行的，但这种策略是有利的，因为IP可以选择不同的传输链路，合理利用现有链路。还有其他的原因，例如一些高性能路由器会采用多个并行数据链路进行分组转发，以及不同的处理延时也会导致包的离开顺序与到达顺序不匹配。

当传输出现失序时，TCP可能会在某些方面受到影响。如果失序发生在反向（ACK）链路，就会使得TCP发送端窗口快速前移，接着又可能会收到一些显然重复而应被丢弃的ACK。由于TCP的拥塞控制行为，这种情况会导致发送端出现不必要的流量突发（即瞬时的高速发送）现象，影响可用网络带宽。

如果失序发生在正向链路，TCP可能无法正确识别失序和丢包——数据的丢失和失序都会导致接收端收到无序的包，造成数据空缺。当失序程度不是很大时（如两个相邻的包交换顺序），这种情况可以迅速得到处理。反之，当出现严重失序时，TCP会误认为数据已经丢失，这就会导致伪重传。对此问题，可以设置一个合适的快速重传触发阙值来一定程度解决这一个问题。

包重复

IP协议可能出现将单个包传输多次的情况。例如，当链路层网络协议执行一次重传，并生成同一个包的两个副本。包的多次重复会使接收端生成一系列的重复ACK，这足以触发伪快速重传。使用SACK（特别是DSACK）就可以简单地忽略这个问题。

本文内容摘自《TCP/IP详解 卷1：协议（中文版）第2版》，有改动