TCP的流量控制和擁塞控制

一、TCP的流量控制

通常說來，咱們老是但願數據傳輸的更快一些。但若是發送方吧數據發送的過快，接收方就可能來不及接收，就會形成數據的丟失。所謂的流量控制就是讓發送方的發送速率不要太快，要讓接收方來的及接收。

設A向B發送數據。在鏈接創建是，B告訴了A：「個人接收窗口wnd=400」。所以，發送方的發送窗口不能超過接收方的給出的接收窗口的數值。請注意，TCP的窗口單位是字節，不是報文段。咱們應注意，接收方的主機B進行了三次流量控制。第一次把窗口減少到rwnd=300，第二次又減到rwnd=100，最後減到了rwnd=0，即不容許發送方再發送數據了。這種使發送方暫停發送的狀態將持續到主機B從新發出一個新的窗口值爲止。咱們還應注意到，B向A發送的三個報文段都設置了ACK=1，只有在ACK=1時確認好字段纔有意義。

特別提示：TCP規定，SYN報文段不能攜帶數據，但要消耗一個序列號；SYN+ACK報文段也不能攜帶數據，一樣要消耗一個序列號；ACK報文段能夠攜帶數據，可是若是不攜帶數據則不消耗序列號。

1.一、如今咱們考慮一種狀況，B向A發送了零窗口的報文段後不久，B的接收緩存又有了一些存儲空間。因而B向A發送了rwnd=400的報文段。然而這個報文段在傳送過程當中丟失了。A一直等待收到B發送的非零窗口的通知，而B也一直等待A發送的數據，若是沒有其餘措施，這種互相等待的死鎖局面將一直延續下去。

爲了解決這個問題，TCP爲每個鏈接設有一個持續計時器，只要TCP鏈接的一方收到對方的零窗口通知，就啓動持續計時器。若持續計時器設置的時間到期，就發送一個零窗口探測報文段，僅攜帶一個字節的數據，而對方就在確認這個探測報文段時會給出如今的窗口值。若是窗口值仍爲0，那麼收到這個報文段的一方就從新設置持續計時器。若是窗口值不爲0，那麼死鎖的僵局就能夠打破了。

 二、TCP的擁塞控制

網絡擁塞每每是有許多的因素引發的。例如，當某個節點緩存的容量過小時，到達該節點的分組因存儲空間而不得不被丟棄。如今設想將該節點緩存的容量擴展到很是大，因而凡是到達該節點的分組都可在節點的緩存隊列中排隊，不受任何限制。因爲輸出鏈路的容量和處理機的速度並無獲得提升，所以在這隊列中的絕大多數的分組的排隊等待時間將會大大增長，結果是上層軟件只好把它們進行重傳，因而可知，簡單地擴大緩存的存儲空間一樣會形成網絡資源的嚴重浪費，於是解決不了網絡擁塞的問題。

猶如，處理機的速度太慢可能引發網絡的擁塞，簡單的將處理機的速度提升，可能會使得上述狀況緩解一些，但每每又會將瓶頸轉移到其餘的地方。問題的實質每每是整個系統的各個部分的不匹配。只有全部的部分都平衡了，問題纔會獲得解決。

2.一、擁塞控制與流量控制的關係

所謂擁塞控制就是防止過多的數據注入到網絡中，這樣可使網絡中的路由器或鏈路不致過載。擁塞控制所要作的都有一個前提，就是網絡可以承受現有的網絡負荷。它是一個全局性的過程，涉及到全部的主機、全部的路由器，以及下降網絡傳輸性能有關的全部因素。

相反，流量控制每每指點對點通訊量的控制，是個端到端的問題。流量控制所要作的就是抑制發送端發送數據的速率，以便接收端來得及接收。

擁塞控制和流量控制之因此經常被弄混，是由於某些擁塞控制算法是向發送端發送控制報文，並告訴發送端，網絡已經出現麻煩，必須放慢發送速率。這點又和流量控制是很類似的。

 三、幾種擁塞控制方法

 

1）慢開始

慢開始算法的思路是這樣的。當主機發送數據時，若是當即把大量數據字節注入到網絡，那麼就有可能引發網絡擁塞，由於如今並不清楚網絡的負荷狀況。經驗證實，較好的方法是先探測一下，即由小到大主鍵增大發送窗口，也就是說，有小到大逐漸增大擁塞窗口數值，一般在剛剛開始發送報文段時，先把擁塞窗口增長到多一個MSS的數值，用這樣的方法逐步增大發送飯的擁塞窗口cwnd，可使分組注入到網絡的速率更加合理。

2）擁塞避免算法的思路是讓擁塞窗口cwnd緩慢的增大，及每通過一個往返時間RTT就把發送方的擁塞窗口cwnd加1，而不是加倍。這樣，擁塞窗口cwnd按線性規律緩慢增加，比慢開始算法的擁塞窗口增加速率緩慢得多。

不管在慢開始仍是在擁塞避免階段，只要發送方判斷網絡出現擁塞，就是沒有按時收到確認，就要把慢開始門限ssthresh設置爲出現擁塞時的發送窗口值得一半，可是要不小於2,。而後把擁塞窗口cwnd從新設置爲，執行慢開始算法。這樣作的目的就是要迅速減小主機發送到網絡中的分組數，使得發生擁塞的路由器有足夠時間把隊列中積壓的分組處理完畢。

3）快重傳

快重傳算法首先要求接收方每收到一個失序的報文段後，就當即發出重複確認，爲的是可以及早知道有報文段沒有到達對方，而不要等待本身發送數據時才進行捎帶確認，快重傳算法規定，發送發只要一連收到3個重複的確認就應當當即重傳對方還沒有收到的報文段，而沒必要繼續等待爲丟失的報文段設置重傳計時器到期。

4）快恢復

與快重傳配合使用的還有快恢復算法，當發送方連續收到三個重複確認時，就執行乘法減少算法，把慢開始門限ssthresh減半。這是爲了預防網絡發生擁塞。請注意，接下去就再也不執行慢開始算法了。因爲發送方如今認爲網絡極可能沒有發生擁塞，所以與慢開始不一樣之處是如今不執行慢開始算法，即把擁塞窗口cwnd的值設置爲1，而是把cwnd值設置爲慢開始門限ssthresh減半後的數值，而後開始執行擁塞避免算法，使擁塞窗口慢慢的線性的增大。

 

3.一、實際應用中的例子：

爲何http下載不是直接以可以使用的最大速度下載而是一點一點地加快速度？若是直接以可以使用的最大速度下載會有什麼後果？

簡單說，當用戶向服務器創建鏈接時，沒人知道二者之間有效帶寬能有多大——多是1G的光纖，也多是坑爹的2G手機網絡……可採用的策略無非兩種：一是默認鏈路速率很大，一開始用能支持的最大流量發；發現對方接不過來再嘗試更小的流量；二是默認鏈路速率很小，用最低流量發；發完發現對方響應很快、沒有丟包，就嘗試加大速率發；沒丟再加大；若出現擁塞，切換到擁塞控制算法繼續嘗試，直到找到鏈路容許的最大速率。前者容易形成資源浪費，萬一存在網絡攻擊還會急劇放大攻擊的威脅能力；後者就好的多。不要被慢開始（slow start）這個名字給誤導了，它的意思是從低速開始試探流量，並非「慢慢增長下載速率」。其實相關算法要求儘快探明鏈路速率上限、同時還能應對各類意外狀況方爲最佳。