QUIC包号与确认区间 | Codeboy's Blog

形式陈述

一次发送有自己的编号

多流重组已经把“这次发送的是哪个包”与“载荷写入哪条流的哪些字节”分开。本页继续使用连接、方向、包号空间组成的包身份；新增的任务是：接收端如何报告已经处理过的包，发送端怎样解释这份报告。假定包已成功解除保护并通过帧处理，连接没有重启；不讨论密钥计算、截断包号恢复或连接迁移。

QUIC v1有三个包号空间：Initial、Handshake、Application Data。0-RTT和1-RTT属于同一个Application空间，1-RTT更新密钥也不另开一份包号。每个发送方向在每个空间从0开始，后续使用的包号严格增大，允许跳过一些号，但不能复用。编号到达协议上限 $2^{62}-1$ 时须按规范终止继续发送，不能绕回0。[1, §12.3]

收到ACK时，承载该ACK的包所属空间决定它确认哪个空间；方向则是对端此前发送的反方向。例如服务器在Handshake包7里确认客户端Handshake包12，不会确认客户端Application包12。ACK自己的承载包号7，也不是被确认包号12。

区间按包号从高到低排列

用闭区间 $[l,h]$ 表示从 $l$ 到 $h$ 的所有整数包号。ACK先携带Largest Acknowledged $H$ 和First ACK Range $F$ ，给出第一段

[H-F,H].

再按从高到低的顺序携带若干对 $(g,a)$ 。已知上一段的最小包号为 $l$ ，下一段为

h'=l-g-2,\qquad l'=h'-a,\qquad [l',h'].

其中Gap字段 $g$ 表示中间有 $g+1$ 个本次未确认的包号；Range字段 $a$ 表示该段有 $a+1$ 个已确认包号。所有字段是非负整数，ACK Range Count是后续二元组的数目，不含第一段。任何计算得到负包号都构成FRAME_ENCODING_ERROR。这里直接使用解码后的整数，不重写可变长整数的字节编码。[1, §19.3.1]

正向事实不等于整个历史

令本端在某空间实际发送过的包号集合为 $T$ ，此前已经确认的集合为 $A$ ，本次ACK解码得到 $R$ 。教学检查器保留完整有限历史，先验证 $R\subseteq T$ ，再更新 $A\leftarrow A\cup R$ ；对可检测的未发送包确认予以报错。真实规范要求能检测到这种情况时应当按PROTOCOL_VIOLATION处理。[1, §13.1]

集合 $T\setminus A$ 中还有“未被确认”的包，并不自动表示已经丢失。集合 $A$ 单调增长；一个后续ACK没有重复某个旧范围，不会撤销已获得的确认。接收端必须在成功处理整个包后才能确认；对STREAM数据，这只要求已进入供应用读取的队列，并不要求应用已经消费。[1, §§13.1、13.2.3]

直觉

ACK列的是收到的岛，空隙仍需判断

把已处理包号画在数轴上，相邻号码连成一段。ACK把这些“岛”的右端、长度和相邻岛间空隙写出来。Largest是最右侧的一点，不是“所有更小包号都已收到”的承诺。

一个包可以装两条流的帧；确认这个包，说明这次发送携带的帧已经被处理。反过来，同一段流字节可能放在两个不同包里补发。确认其中一个包足以给出该份数据的交付证据，但另一个包仍有自己的包级记录，不能把两个包号合并成一次发送。

收到的六个包号被编码成三个闭区间，两个Gap分别跳过三个和两个包号 — ACK区间中的加一与减二

例子与边界

六个收到的号怎样写成三个区间

某客户端已发送Application包0至12。服务器成功处理的集合为 $\{2,3,4,7,8,12\}$ ，写成降序区间 $[12,12]$ 、 $[7,8]$ 、 $[2,4]$ 。编码如下。

字段	值	解码动作
Largest	12	第一段最高为12
First Range	0	第一段最低 $12-0=12$
Range Count	2	还有两组Gap/Range
第一组Gap、Range	2、1	最高 $12-2-2=8$ ，最低 $8-1=7$
第二组Gap、Range	1、2	最高 $7-1-2=4$ ，最低 $4-2=2$

第一处空隙是9、10、11，共3个号，所以Gap为2。若错用“下一最高=上一最低−Gap−1”，就会把9误确认为已收到。这个差一错误不仅会多出一个号，还会让发送端误删它的恢复责任。

下一份ACK只有 $[12,12]$ 时，发送者仍保留2、3、4、7、8已确认的事实。若随后收到8的重复包，接收者不能再次执行它包含的应用操作；重复抑制与ACK报告如何压缩，是相关但不同的状态职责。

缺号和错误号各说明什么

包5不在ACK里，可能尚在途中、已经丢失，或不在这次保留的确认范围内。发送者不能仅从一次遗漏就判定网络把它丢掉。包号还允许被主动跳过；例如实际 $T=\{0,2\}$ ，收到只确认2的ACK没有义务等待1，因为1从未发送。

若Largest为3、First为4，第一段最小值为−1，编码立即非法。若Largest为3、First为0，后续Gap为2，则下一最高为−1，同样非法。检查负数应在删除任何发送记录之前完成。本文检查器还拒绝二元组数量与Range Count不符的输入，避免把截短记录当成一份完整ACK。

丢掉确认历史以后，不能重新接受旧包

有限接收端不可能永久保存每个历史包号。RFC允许缩减ACK范围，但要求一旦丢弃某范围，就确保不会随后再次接受那个范围内的包。一种具体策略是维护单调下界 $m$ ：先把 $m$ 以下号码全部纳入“以后直接丢弃”，再释放这些号码的区间和重复检测状态。只清空Seen却仍接受旧包，会让重复包重新执行帧处理。[1, §§12.3、13.2.3]

例如将下界从0推进到7，未来2、3、4连同尚未收到的5、6都将被丢弃；仍记录7、8、12及其间的未收缺口。这里牺牲了低于7的迟到包接纳能力，换取有界历史。流中的尚缺字节仍可在更高的新包号里补发，不能因为释放包号记录就把流缺口当成已填。

推论与应用

确认是恢复控制的输入

QUIC丢包检测会结合已确认的更高包号、发送时刻与RTT估计，对仍未确认的包作阈值判断。ACK提供正向观测，阈值承担推断风险；乱序足够大时，推断也可能错误。

字节流的最终长度仍由流信用与最终大小处理。收到某个FIN所在包的ACK，不会把另一方向也关掉；收到某个普通数据包的ACK，也不说明远端应用已完成一次业务事务。这些分别是发送方向、流状态与应用语义的问题。

处理成本取决于表示和输出

若一帧含 $r$ 个闭区间，直接校验和解码需 $O(1+r)$ 时间及 $O(r)$ 区间输出空间。若把它展开成 $q$ 个独立包号，再逐号查散列表，则需要 $O(1+r+q)$ 期望时间，不能只按区间数收费。真实实现可用有序范围与发送记录交叠查询；本文有限集检查器选择展开以便读者逐个核对，不声称这是无界连接的内存方案。

参考资料

[1] Jana Iyengar、Martin Thomson，RFC 9000: QUIC: A UDP-Based Multiplexed and Secure Transport，2021，§12.3包号空间与重复处理，§13.1成功处理后确认，§13.2.3确认范围管理，§19.3与§19.3.1的字段及递推式。数值集合与报错输入为本页教学实例。

形式陈述 ​

一次发送有自己的编号 ​

区间按包号从高到低排列 ​

正向事实不等于整个历史 ​

ACK列的是收到的岛，空隙仍需判断 ​

六个收到的号怎样写成三个区间 ​

缺号和错误号各说明什么 ​

丢掉确认历史以后，不能重新接受旧包 ​

确认是恢复控制的输入 ​

处理成本取决于表示和输出 ​

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