TCP拥塞控制原理

一、拥塞控制的一般原理

1、产生拥塞的原因:在某段时间,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络的性能就会变坏。即对资源的需求 可用资源

注意拥塞控制流量控制的区别:拥塞控制是防止过多的数据注入网络中,使得网络中路由器或链路不致过载,有一个前提是,网络能够承受现有的网络负荷,是一个全局性过程;流量控制是指点对点通信的控制,做的是抑制发送端发送数据的速率,便于接收端来得及接收。

2、拥塞控制是一个动态的过程,通常使用网络负载(单位时间输入给网络的分组数量)和吞吐量(单位时间从网络输出的分组的数量)来进行比较:
当网络负载 吞吐量,网络进入拥塞,严重甚至会产生死锁。

二、TCP拥塞控制方法

主要有四种算法:慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复

1、慢开始和拥塞避免

基于窗口的拥塞控制,在发送方维护一个拥塞窗口(cwnd),大小等于发送窗口,通过出现了超时来判断网络出现拥塞。慢开始的思路是一开始发送方发送一个字节,在收到接收方的确认,然后发送的字节数量增大一倍(也就是按照指数增长的速率),从小到大逐步增大cwnd,直到cwnd 达到慢开始门限(ssthresh),停止慢开始算法,使用拥塞避免算法,拥塞避免算法思路是增长速率变为线性增长,也就是每经过一个往返时间RTT就把发送方的cwnd加1,所以综上:

当cwnd < ssthresh ,使用慢开始算法;
当cwnd = ssthresh,可以使用慢开始算法,也可以使用拥塞算法;
当cwnd > ssthresh,使用拥塞算法;

2、快重传和快恢复

通过上面两个算法可以使得网络传输速率一直增大,直到出现超时,这时候需要将cwnd重新调整到1个字节开始,使用慢开始算法,同时需要将慢开始门限ssthresh调整为cwnd(超时点)的一半,继续执行慢开始、拥塞避免算法。如果收到3-ACK(发送方一连接收到3个对同一个报文段的重复确认),这种可能的情况是,并不是发生了拥塞,可能是报文丢失,所以发送方不执行慢开始算法,直接使用快重传算法,立即发送缺失的报文段。同时执行快恢复算法,将门限值(ssthresh)调整为此时cwnd的一半,并执行拥塞避免算法。

三、总结

从宏观上看,在连接建立开始到连接终止这个过程中,TCP传输的速率需要流量控制和拥塞控制,共同调整发送方的窗口,所以最终发送方的发送窗口的上限值为Min(rwnd,cwnd)。而拥塞控制,主要调控发送方的网络负载和吞吐量的相对大小,从慢开始(指数增长,增长率大)、拥塞避免算法(线性增长,增长率不变)一直增大速率,期间算法切换条件是慢开始门限值(ssthresh),若此增大期间出现超时,都需要将ssthresh = cwnd / 2, cwnd = 1(之后执行慢开始算法);若此增大期间出现3-ACK,则ssthresh=cwnd / 2, cwnd = ssthresh(之后执行拥塞避免算法),直至到连接终止结束。

思考一个问题:ssthresh是不是从一开始设立后只会减小,不会增大?

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