【学习总结】网络-TCP拥塞控制

tcp拥塞控制

• 出现拥塞的条件：

  • 对资源需求的总和>可用资源。

• 后果

  • 网络中许多资源同时呈现供应不足 -- 网络性能变坏 -- 网络吞吐量将随着输入负荷增大而下降。

• 定义：

  • 拥塞控制，可以防止过多数据注入网络，以使网络中的路由器或链路不致过载。

为什么有了滑动窗口还需要有拥塞窗口？

• 滑动窗口是对发送接收双方的流量控制，如果中间的网络设备的转发性能达到极限是无法感知到的，而tcp除了针对自身的收发能力做调整，还根据整体的网络情况做调整，所以有了拥塞窗口。

tcp拥塞控制与流量控制的区别

• 概述：

  • 拥塞控制：全局性；流量控制：点对点。

• 详述：

  • 拥塞控制是让网络能够承受现有的网络负荷，是一个全局性的过程，涉及所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。
  • 流量控制是指点对点的通信量的控制，即接收端控制发送端，它所要做的是抑制发送端发送数据的速率，以便使得接收端来得及接收。

tcp拥塞控制的算法

• 拥塞控制的算法：慢开始、拥塞避免，快重传，快恢复。

慢开始和拥塞控制

• 图示：慢开始 -- 拥塞避免算法 -- 网络拥塞的处理 -- 慢开始 -- 拥塞避免算法 -- ...

• 慢开始详述：

  • 以最大报文段长度MSS为拥塞窗口cwnd的增长单位。
  • 初始零拥塞窗口cwnd=1，然后每经过一个传输轮次（往返时延RTT），拥塞窗口都呈指数增大。
  • 规定一个慢开始门限ssthread-slow start thread
  • 一直增大拥塞窗口cwnd，直到慢开始门限ssthread，然后改用拥塞避免算法。

• 拥塞避免算法详述：

  • 加法增大：发送端的拥塞窗口cwnd每次经过一个传输轮次，就只增大一个MSS大小，即按照线性规律缓慢增大。
  • 乘法减小：当出现网络拥塞（即一次超时）时，令慢开始门限ssthread减小为当前cwnd的一半，但不小于2
    • 注意：更新慢开始门限，参考值是当前cwnd的一半，不是当前门限的一半！
  • cwnd不同大小时，执行不同算法：
    • cwnd<ssthread：慢开始
    • cwnd=ssthread：可以慢开始，也可以拥塞避免（通常做法）
    • cwnd>ssthread：拥塞避免

• 网络拥塞的处理

  • 更新ssthread值
  • 拥塞窗口重新设置为1，并重新开始执行慢开始算法。
    • 目的：迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够的时间把队列中积压的分组处理完。

快重传和快恢复

• 图示：在慢开始和拥塞避免基础上改进，慢开始 -- 快重传 -- （跳过慢开始）快恢复 -- 拥塞避免 --

• 快重传

  • 快重传：使用了冗余ACK来检查丢包的发生。
  • 当发送方连续收到三个重复的ACK报文时，直接重传对方尚未收到的报文段，而不必等待重传计时器超时。
  • 注：快重传并非取消重传计时器，而是在某些情况下，可更早地重传丢失的报文段。

• 快恢复

  • 当发送端收到连续三个冗余ACK（即重复确认）时，先乘法减小，把慢开始门限ssthread减小为出现拥塞时发送方cwnd的一半。
  • 不同之处：跳过了cwnd=1起始的慢开始过程，而是将cwnd的值设置为慢开始门限ssthread改变后的值，然后开始执行拥塞避免算法（加法增大）
  • 跳过了cwnd=1起始的慢开始过程，因此称为快恢复。

综述

• 拥塞控制中，发送方发送窗口的大小 = min（接收端窗口rwnd， 拥塞窗口cwnd）
• 慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复是同时应用在拥塞控制机制之中的
  • 当发送方检测到超时：慢开始和拥塞避免；
  • 当发送方接受到冗余ACK时：快重传和快恢复。

END