TCP拥塞控制简述

前面的流量控制是避免【发送方】的数据填满【接收方】的缓存，但是并不知道网路中发生了什么。

 

一般来说，计算机网络都处于一个共享的环境。因此也有可能会因为其他主机之间的通信使得网络拥堵。

在网络出现拥堵时，如果继续发送大量数据包，可能会导致数据包延时、丢失等，这时TCP就会重传数据，但是一重传就会导致网络的负担更重，于是会导致更大的延时以及更多的丢包，这个情况就会进入恶性循环被不断地放大...

所以，TCP不能忽略网络上发生的事，它被设计成一个无私的协议，当网络发生拥堵时，TCP会自我牺牲，降低发送的数据量。

于是，就有了拥塞控制，控制的目的是避免【发送方】的数据填满整个网络 。

为了在【发送方】调节所要发送数据的量，定义了一个叫做【拥塞窗口】的概念。

 

什么是拥塞窗口？和发送窗口有什么关系？

拥塞窗口 cwnd 是发送方维护的一个的状态变量，它会根据网络的拥塞程度动态变化的。

我们在前面提到过发送窗口 swnd 和接收窗口 rwnd 是约等于的关系，那么由于引入了拥塞窗口的概念后，此时发送窗口的值是 swnd = min （cwnd , rwnd），也就是拥塞窗口和接收窗口中的最小值。

拥塞窗口cwnd变化的规则：

• 只要网络中没有出现拥塞，cwnd就会增大；
• 但网络中m出现了拥塞，cwnd就减少；

 

那么怎么知道当前网络中是否出现了拥塞呢？

其实只要【发送方】没有在规定时间内接收到 ACK 应答报文，也就是发生了超时重传，就会认为网络出现了拥塞。

拥塞控制算法：

• 慢启动
• 拥塞避免
• 拥塞发生
• 快速恢复

慢启动

TCP在刚建立连接完成后，首先有一个慢启动的过程，这个慢启动的意思j就是一点一点的提高发送数据包的数据量，如果一上来就发送大量的数据，这不是给网络添堵吗？

慢启动的算法记住一个规则就行：当发送方每收到一个ACK，拥塞窗口cwnd 的大小就会加1。慢启动呈指数型增长。

慢启动门限ssthresh（slow start threshold）状态变量：

• 当 cwnd < ssthresh 时，使用慢启动算法
• 当 cwnd >= ssthresh 时，就会使用拥塞避免算法

拥塞避免

前面说到，当拥塞窗口 cwnd 超过 慢启动门限 ssthresh 就会进入拥塞避免算法。

一般来说， ssthresh 的大小是 65535 字节。那么进入拥塞避免算法后，它的规则是：每当收到一个 ACK， cwnd就增加 1/cwnd。呈线性增长。

所以，我们可以发现，拥塞避免算法就是将原本的慢启动算法的指数增长变成了线性增长，还是增长阶段，只是增长速度缓慢了一些。

就这么一直增长下去，网络就会慢慢进入拥塞的状况了，于是就会出现丢包现象，这时就需要对丢失的数据包进行重传。

当触发重传机制，也就进入了【拥塞发生算法】

拥塞发生

当网络出现拥塞，也就是会发生数据包重传，重传机制主要有两种：

• 超时重传
• 快速重传

发生超时重传的拥塞发生算法：

• ssthresh 设为 cwnd / 2
• cwnd 重置为 1

发生快速重传的拥塞发生算法：

TCP认为这种情况不严重，因为大部分没丢，只丢了一小部分，则 ssthresh 和 cwnd变化如下：

• cwnd = cwnd / 2，也就是设置为原来的一半
• ssthresh = cwnd；
• 进入快速回复算法

快速恢复

快速重传和快速恢复算法一般同时使用，快速恢复算法认为，你还能接收到3个重复的ACK，说明网络也不是那么糟糕，所以没有必要像 RTO 超时那样强烈。

正如之前所说，进入快速恢复之前，cwnd 和 ssthresh 已经被更新了，然后进入快速恢复算法如下：

• 拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （3的意思就是确认已经有3个数据包被收到了）
• 重传丢失的数据包
• 如果再收到重复的ACK，那么cwnd增加1
• 如果收到新数据的ACK后，设置 cwnd 为ssthresh，接着就进入拥塞避免算法