TCP的擁塞控制 (二)

TCP Reno

TCP  Reno引入了ssthresh(Slow Start threshold)變量，做爲TCP的Slow Start和Congestion Avoidance兩個階段的分界線。

當cwnd < ssthresh時，TCP保持在Slow Start階段；

當cwnd >= ssthresh時，TCP進入Congestion Avoidance階段。

ssthresh實際上影響着TCP的性能，但其初始值在RFC中沒有明肯定義，能夠爲任意大的值，在實現時通常初始化爲rwnd。

 

TCP Reno擁塞控制算法繼承了「數據包守恆準則」，保證處於網絡中的packet的總量是守恆的。它經過4個算法保證這一點：

 

1. Slow Start

在TCP鏈接創建以後，因爲不知道實際可用的網絡帶寬，所以採用Slow Start算法，當心翼翼地對網絡狀況進行探測。

進入Slow Start階段，首先設置cwnd=1，接着cwnd會隨着時間的推動呈指數級增長(所以，其過程並不slow)。具體作法是每收到一個ACK，就對cwnd+1，這樣至關於每通過一個RTT，cwnd就翻一番。

在遇到兩種狀況時，Slow Start階段會截止：

(1)當cwnd達到ssthresh時，此時TCP會進入Congestion Avoidance階段。

(2)當擁塞發生時，此時又分兩種狀況：

(2.1)若是是超時，會重傳未被響應的packet，並將ssthresh設置爲cwnd/2，並將cwnd重置爲1，而後從新進入Slow Start階段。

(2.2)若是是3個重複ACK，會先進行Fast Retransmit，而後進入Fast Recovery階段。

 

2. Congestion Avoidance

在該階段，cwnd再也不像Slow Start那樣指數級增加，而是線性增加。具體作法是每收到一個ACK，就對cwnd+1/cwnd，這樣至關於每過一個RTT，cwnd都加1。

當擁塞發生時，Congestion Avoidance階段即截止，接下來的過程與Slow Start處理擁塞的方式相同：

(1)若是是超時，會重傳未被響應的packet，並將ssthresh設置爲cwnd/2，並將cwnd重置爲1，而後進入Slow Start階段。

(2)若是是3個重複ACK，會先進行Fast Retransmit，最後進入Fast Recovery階段。

 

3. Fast Retransmit

當檢測是否丟包時，每次都要等待超時的發生，會浪費很長時間，所以引入了Fast Retransmit機制。

經過TCP的機制可知，sender只要收到3個重複ACK，即認爲丟包發生，此時會當即重傳丟失的包，而再也不等待超時的出現。

 

4. Fast Recovery

爲了解決丟包後進入Slow Start引發的效率下降，在Fast Retransmit的基礎上，又引入了Fast Recovery機制。

該階段首先將ssthresh設置爲cwnd/2，而後重傳丟失的包，再對cwnd進行充氣(而不是SlowStart那樣將cwnd重置爲1)，具體作法是在cwnd=ssthresh+3(用以反映3個packet正常離開了network)。

以後，每當再次收到一個重複ACK時，sender都會對cwnd+1，這是爲了反映一個packet正常離開了network。

這裏可能有兩個疑問：

(1)怎麼得知一個packet正常離開了network呢？這是由於receiver只有在收到packet以後，纔會回覆ACK，既然sender收到了ACK，說明有一個packet被receiver接收，即正常離開了network。

(2)那麼，爲何須要對cwnd+1呢？這是由於一個packet離開了network，使得network再也不飽和，爲了使network從新平衡，須要發送新的packet到network中，這就必須經過增大cwnd來實現。

隨着cwnd的增大，會將新進入窗口的packet發送出去。這個過程稱爲inflating。

直到收到新的ACK以後，inflating截止，進入deflating過程。所謂deflating，即將cwnd設置爲ssthresh。

爲何收到新的ACK後，須要進行deflating呢？這是由於，新的ACK意味着，剛進入Fast Recovery時重傳的packet已經被接收，該ACK便是receiver對重傳packet的迴應。能夠認爲lost packet已經恢復了，能夠結束Fast Recovery階段。

值得注意的是，該ACK可能一次性響應了多個連續的packet。這是由於，從lost packet發生時起，到lost packet恢復爲止，期間sender發送了多個後續packet，所以在receiver回覆ACK時，會指明已接收到的最末端的packet的sequence number。