拥塞控制原理

前言：

好久没更新了，一直堆在笔记本里面，堆了有两三篇博客了，一直懒得更新，今晚逼着自己更新=。= 新的写法：摒弃了之前照抄书本的冗余文字，大多数以自己的话来口述过程。虽然可能会不准确，但看起来更像是自己的东西哈哈。

何为拥塞

客户端发送数据太多，发送太快导致网络中间层无法处理。表现：分组丢包、分组延迟大

拥塞控制的方法

• 端到端拥塞控制
  端对端：ip层(网络层)不反馈拥塞信息，只能通过端对端来控制，tcp通过超时事件或者三次冗余的ack报文来判断拥塞
• 网络辅助拥塞控制
  网络辅助：网络层的路由器向发送方提供显式的反馈信息。

TCP拥塞控制

tcp主要采用的是端对端拥塞控制，原因是ip层不反馈拥塞信息。
书中的内容主要分为一下三个问题。

如何控制？

通过控制拥塞窗口(cwnd)大小,即一次发送多少个数据报。

如何感知？

服务端接收3个冗余的ack报文、超时事件

何种算法改变？

tcp拥塞控制算法：慢启动、拥塞避免、快速恢复。

tcp拥塞控制算法

慢启动

[MSS->报文段里应用数据的最大值，未包含tcp报文段和ip数据报的首部，经典值为1460]
[MTU->链路层中能够承受的最大数据量叫做最大传输单元 经典值为1500]

• 初始化状态：cwnd的值为一个MSS大小 ，即初始化状态只能发送一个tcp报文

• 未到检测到拥塞：没收到一个ack确认报文，cwnd就加上一个MSS的值，所以cwnd以倍数形式增加 1-2-4-8-。。。。

• 检测到拥塞： 存在两种情况（1）超时指示的丢包 （2）三个冗余ack报文
  两种情况的处理方式不同：
  （1）超时指示的丢包：ssthresh（慢启动阈值）设置为cwnd的一半，然后把cwnd设置为一个MSS的大小，重新开始慢启动，此时的慢启动当cwnd>=ssthresh的时候进入拥塞避免
  （2）三个冗余ack报文：ssthresh（慢启动阈值）设置为cwnd的一半，cwnd设置为ssthresh（慢启动阈值）的大小再加上3个MSS(用于重传3个冗余的ack报文对应的数据报----快速重传)，然后进入快速恢复

拥塞避免

[RTT->一个报文到达客户端然后返回ACK报文，服务端接收到ACK报文所需的时间，简称往回时延]
进入拥塞避免状态的tcp连接，说明此时的cwnd的值是上一次拥塞时的一半，所以此时cwnd的增长会比较的保守。
每收到一个ACK报文就会增加(MSS/cwnd)*MSS个字节。即加入MSS为1460，cwnd此时是14600，那么在一个RTT内发送了10个报文段，每个到达ACK增加十分之一个MSS，则在收到10个ACK报文才增长了1个MSS。

然后一直增加++++++直到检测到拥塞：1）超时指示的丢包 （2）三个冗余ack报文
似曾相识：
（1）超时指示的丢包：ssthresh（慢启动阈值）设置为cwnd的一半，然后把cwnd设置为一个MSS的大小，重新开始慢启动，此时的慢启动当cwnd>=ssthresh的时候进入拥塞避免
（2）三个冗余ack报文：ssthresh（慢启动阈值）设置为cwnd的一半，cwnd设置为ssthresh（慢启动阈值）的大小再加上3个MSS(用于重传3个冗余的ack报文对应的数据报----快速重传)，然后进入快速恢复

快速恢复

在快速恢复中对于引起tcp进入快速恢复的缺失报文，对每一个冗余的ack报文，cwnd增加一个MSS，即3个。即一开始的状态就是cwnd/2+3MSS

1. 设置cwnd = ssthresh＋ACK个数＊MSS（一般情况下会是3个dup ACK）
2. 重传丢失的数据包（对于重传丢失的那个数据包）
3. 如果只收到Dup ACK，那么cwnd = cwnd + 1个MSS
4. 如果收到新的ACK, 设置cwnd = ssthresh， 是因为该ACK确认了新的数据，说明从重复ACK时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态。