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TCP 拥塞控制

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TCP流量控制是端到端的控制,例如A通过网络给B发数据,A发送的太快导致B没法接收(B缓冲窗口过小或者处理过慢),这时候的控制就是流量控制,原理是通过滑动窗口的大小改变来实现
TCP拥塞控制是A与B之间的网络发生堵塞导致传输过慢或者丢包,来不及传输。防止过多的数据注入到网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不至于过载。拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的主机、路由器,以及与降低网络性能有关的所有因素。

流量控制机制:

设主机A向主机B发送数据。双方确定的窗口值是400.再设每一个报文段为100字节长,序号的初始值为seq=1,大写ACK表示首部中的却认为为ACK,小写ack表示确认字段的值。
接收方的主机B进行了三次流量控制。第一次把窗口设置为rwind=300,第二次减小到rwind=100最后减到rwind=0,即不允许发送方再发送过数据了。这种使发送方暂停发送的状态将持续到主机B重新发出一个新的窗口值为止。
假如,B向A发送了零窗口的报文段后不久,B的接收缓存又有了一些存储空间。于是B向A发送了rwind=400的报文段,然而这个报文段在传送中丢失了。A一直等待收到B发送的非零窗口的通知,而B也一直等待A发送的数据。这样就死锁了。为了解决这种死锁状态,TCP为每个连接设有一个持续计时器。只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知,就启动持续计时器,若持续计时器设置的时间到期,就发送一个零窗口探测报文段(仅携带1字节的数据),而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。
拥塞控制机制:
慢开始和拥塞避免
发送报文段速率的确定,既要根据接收端的接收能力,又要从全局考虑不要使网络发生拥塞,这由接收窗口和拥塞窗口两个状态量确定。接收端窗口(Reciver Window)又称通知窗口(Advertised Window),是接收端根据目前的接收缓存大小所许诺的最新窗口值,是来自接收端的流量控制。拥塞窗口cwnd(Congestion Window)是发送端根据自己估计的网络拥塞程度而设置的窗口值,是来自发送端的流量控制。
慢启动原理

1)当主机开始发送数据时,如果立即将较大的发送窗口的全部数据字节都注入到网络中,那么由于不清楚网络的情况,有可能引其网络拥塞
2)比较好的方法是试探一下,即从小到达逐渐增大发送端的拥塞控制窗口数值
3)通常在刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口cwnd设置为一个最大报文段的MSS的数值。在每收到一个对新报文段确认后,将拥塞窗口增加至多一个MSS的数值,当rwind足够大的时候,为了防止拥塞窗口cwind的增长引起网络拥塞,还需要另外一个变量—慢开始门限ssthresh
拥塞控制具体过程为:

1)TCP连接初始化,将拥塞窗口设置为1
2)执行慢开始算法,cwind按指数规律增长,知道cwind == ssthress开始执行拥塞避免算法,cwnd按线性规律增长
3)当网络发生拥塞,把ssthresh值更新为拥塞前ssthresh值的一半,cwnd重新设置为1,按照步骤(2)执行。
快重传和快恢复
一条TCP连接有时会因等待重传计时器的超时而空闲较长的时间,慢开始和拥塞避免无法很好的解决这类问题,因此提出了快重传和快恢复的拥塞控制方法。
快重传算法并非取消了重传机制,只是在某些情况下更早的重传丢失的报文段(如果当发送端接收到三个重复的确认ACK时,则断定分组丢失,立即重传丢失的报文段,而不必等待重传计时器超时)。慢开始算法只是在TCP建立时才使用。
快恢复算法有以下两个要点:
1)当发送方连续收到三个重复确认时,就执行“乘法减小”算法,把慢开始门限减半,这是为了预防网络发生拥塞。
2)由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞,因此现在不执行慢开始算法,而是把cwnd值设置为慢开始门限减半后的值,然后开始执行拥塞避免算法,使拥塞窗口的线性增大。

总结:
没有发生拥塞之前使用前两种算法,发生拥塞之后(即三次重复确认)使用后两种算法。