📖 TCP 的选择确认 (SACK)

🎯 课程摘要：TCP 选择确认 SACK (Selective ACKnowledgment) 用于解决累积确认机制下未按序到达数据被重复重传的问题。接收方通过 SACK 选项告知发送方已收到的不连续字节块边界，使发送方可以只重传缺少的数据。SACK 选项在 TCP 扩展首部的选项字段中实现，最大 40 字节选项字段最多可携带 4 个字节块信息。

📝 详细笔记

1. SACK 的作用与动机

问题背景：在 TCP 的快重传和可靠传输中，接收方只能对按序收到的数据中的最高序号给出确认（累积确认）。当发送方超时重传时，接收方之前已收到的未按序到达的数据也会被重传，造成重复传输。
概念定义：选择确认 SACK (Selective ACKnowledgment) 使接收方能够准确告知发送方哪些数据已收到、哪些缺失，从而只传送缺少的数据，不重传已正确到达但未按序到达的数据。
⚠️ 重点/考点：SACK 的核心价值在于避免对已收到的失序数据的无谓重传，提高网络资源利用率。

2. SACK 的工作原理

举例说明：假设接收方收到序号不连续的字节流：
- 序号 1~1000：连续（已收到）
- 序号 1001~1500：缺失
- 序号 1501~3000：连续（已收到，称为第一个字节块）
- 序号 3001~3500：缺失
- 序号 3501~4500：连续（已收到，称为第二个字节块）
边界描述：使用两个指针分别指向每个字节块的左边界和右边界：
- 左边界：字节块第一个字节的序号；
- 右边界：字节块后面第一个字节的序号。
- 第一个字节块：左边界=1501，右边界=3001
- 第二个字节块：左边界=3501，右边界=4501
⚠️ 重点/考点：接收方将这些字节块边界信息通过 SACK 选项准确告知发送方，使发送方不再重复发送这些数据。

3. SACK 选项格式

实现位置：TCP 报文段固定首部中并未为不连续字节块边界信息提供专用字段；RFC 2018 规定在扩展首部的选项字段中实现 SACK 功能。
选项字段结构：
内容字节数说明
SACK 选项类型 1 指明是否使用 SACK 选项
选项长度 1 指明该选项占用多少字节
字节块边界每边界 4 字节 TCP 对每字节数据采用 4 字节序号
容量计算：
- 一个字节块需要两个边界（左、右）= 2 × 4 = 8 字节；
- 加上 2 字节（类型 + 长度）开销，一个字节块共占 10 字节；
- 选项字段最大长度 40 字节，因此最多只能包含 4 个字节块的信息。
⚠️ 重点/考点：边界需 4 字节是因为 TCP 对每个字节采用 4 字节序号；40 字节选项字段上限决定最多 4 个字节块。

4. SACK 的局限

发送方响应未标准化：TCP 选择确认的相关文档并没有指明发送方应当怎样响应 SACK 报文段。
实际实现：大多数 TCP 实现还是重传所有未被确认的数据块，而非仅重传缺失部分。
⚠️ 重点/考点：SACK 主要是接收方向发送方提供更精确的接收状态信息，但发送方如何利用这些信息并无统一标准。

💡 核心总结

SACK 解决累积确认下失序数据被重复重传的问题，只传缺失数据。
接收方用左、右边界指针描述已收到的字节块，通过选项字段告知发送方。
SACK 在扩展首部选项字段实现：1 字节类型 + 1 字节长度 + 每边界 4 字节。
一个字节块需 8 字节（两边界），40 字节选项字段最多容纳 4 个字节块。
发送方如何响应 SACK 无标准规定，多数实现仍重传所有未确认数据块。

❓ 课后思考 / 经典考题

为什么需要 SACK？它解决了累积确认机制的什么缺陷？
一个字节块需要多少字节来描述？为什么每个边界需要 4 字节？
TCP 选项字段最大长度 40 字节，最多能包含几个字节块的 SACK 信息？
SACK 选项在 TCP 报文段的哪个部分实现？固定首部中有专用字段吗？
发送方收到 SACK 报文段后应如何响应？实际多数 TCP 实现是如何做的？