什么是 TCP 的超时重传？

我们先回顾一下 TCP 的三个特点：面向连接、可靠、基于字节流，那么 TCP 的可靠传输是如何实现的呢？超时重传机制就是保证 TCP 可靠传输的一种手段。

超时重传能确保数据在传输过程中，即使因为丢包、网络延迟或其他原因导致数据包没有成功到达接收方，依然能够重新发送，从而实现可靠的数据传输。通俗来讲，超时重传就是发送方在发送数据后，会等待接收方的确认（回传的 ACK 报文）。如果没有在规定的时间内收到确认，就会重新发送数据包。

注意：ACK 报文是不会重传的。

超时重传的基本原理

每次发送一个数据包时，发送方都会设置一个定时器，该定时器会在一定的时间内等待接收方的 ACK 确认。如果定时器超时之前收到了 ACK ，则说明数据包成功到达接收方，TCP 连接继续进行。如果定时器到期了仍然没有收到 ACK ，则认为数据包丢失或者未达到接收方，发送方就会重新发送该数据包，这就是超时重传机制的基本原理。

如果发送方一直没有收到 ACK 确认，就会继续重发报文。但是一直重发也不行，因此在 Linux 中有一个 TCP 参数控制重传次数：tcp_orphan_retries 。当发送方重传报文的次数超过 tcp_orphan_retries 后，就不再重传报文。

我们以 TCP 的四次挥手中第一次挥手为例，当客户端（主动关闭方）调用 close 函数后，就会向服务端发送 FIN 报文，试图与服务端断开连接，此时客户端的连接进入到 FIN_WAIT_1 状态。

正常情况下，如果能及时收到服务端（被动关闭方）的 ACK ，则会很快变为 FIN_WAIT_2 状态。

如果第一次挥手丢失了，那么客户端迟迟收不到被动方的 ACK 的话，也会触发超时重传机制，重传 FIN 报文，重发次数由 tcp_orphan_retries 参数控制。

当客户端重传 FIN 报文的次数超过 tcp_orphan_retries 后，就不再发送 FIN 报文，则会在等待一段时间（时间为上一次超时时间的 2 倍），如果还没能收到第二次挥手，那么直接进入到 close 状态。

定时器的工作原理

定时器是超时重传机制的核心，定时器的作用是等待接收方的确认，如果超时没有收到确认，就进行重传。

• 初始定时器设置：当发送方发送一个数据包时，它会设置一个定时器，并假设接收方在规定时间内收到并确认数据。这个规定时间通常是根据网络环境和 RTT（Round Trip Time，往返时间）来设定的。
• 往返时间 RTT：每次发送数据包时，TCP会估计网络的 RTT ，并根据 RTT 来动态调整定时器的超时时间。这个值越小，重传的等待时间越短，反之越长。
• 动态调整超时：TCP 使用 RTT的估算值 来设置定时器。当连接进行数据传输时，它会记录每次的往返时间 RTT ，并动态调整定时器的超时值。这个值叫做 RTO（Retransmission Timeout），即重传超时时间。RTO 会根据网络的实际延迟自动调节，以避免因过短或过长的超时时间导致过多不必要的重传或超时。

参考：https://xiaolincoding.com/network/3_tcp/tcp_interview.html#%E7%AC%AC%E4%B8%80%E6%AC%A1%E6%8C%A5%E6%89%8B%E4%B8%A2%E5%A4%B1%E4%BA%86-%E4%BC%9A%E5%8F%91%E7%94%9F%E4%BB%80%E4%B9%88