【學習總結】網絡-TCP擁塞控制

tcp擁塞控制

• 出現擁塞的條件：

  • 對資源需求的總和>可用資源。

• 後果

  • 網絡中許多資源同時呈現供應不足 -- 網絡性能變壞 -- 網絡吞吐量將隨着輸入負荷增大而降低。

• 定義：

  • 擁塞控制，能夠防止過多數據注入網絡，以使網絡中的路由器或鏈路不致過載。

爲何有了滑動窗口還須要有擁塞窗口？

• 滑動窗口是對發送接收雙方的流量控制，若是中間的網絡設備的轉發性能達到極限是沒法感知到的，而tcp除了針對自身的收發能力作調整，還根據總體的網絡狀況作調整，因此有了擁塞窗口。

tcp擁塞控制與流量控制的區別

• 概述：

  • 擁塞控制：全局性；流量控制：點對點。

• 詳述：

  • 擁塞控制是讓網絡可以承受現有的網絡負荷，是一個全局性的過程，涉及全部的主機、全部的路由器，以及與下降網絡傳輸性能有關的全部因素。
  • 流量控制是指點對點的通訊量的控制，即接收端控制發送端，它所要作的是抑制發送端發送數據的速率，以便使得接收端來得及接收。

tcp擁塞控制的算法

• 擁塞控制的算法：慢開始、擁塞避免，快重傳，快恢復。

慢開始和擁塞控制

• 圖示：慢開始 -- 擁塞避免算法 -- 網絡擁塞的處理 -- 慢開始 -- 擁塞避免算法 -- ...

• 慢開始詳述：

  • 以最大報文段長度MSS爲擁塞窗口cwnd的增加單位。
  • 初始零擁塞窗口cwnd=1，而後每通過一個傳輸輪次（往返時延RTT），擁塞窗口都呈指數增大。
  • 規定一個慢開始門限ssthread-slow start thread
  • 一直增大擁塞窗口cwnd，直到慢開始門限ssthread，而後改用擁塞避免算法。

• 擁塞避免算法詳述：

  • 加法增大：發送端的擁塞窗口cwnd每次通過一個傳輸輪次，就只增大一個MSS大小，即按照線性規律緩慢增大。
  • 乘法減少：當出現網絡擁塞（即一次超時）時，令慢開始門限ssthread減少爲當前cwnd的一半，但不小於2
    • 注意：更新慢開始門限，參考值是當前cwnd的一半，不是當前門限的一半！
  • cwnd不一樣大小時，執行不一樣算法：
    • cwnd<ssthread：慢開始
    • cwnd=ssthread：能夠慢開始，也能夠擁塞避免（一般作法）
    • cwnd>ssthread：擁塞避免

• 網絡擁塞的處理

  • 更新ssthread值
  • 擁塞窗口從新設置爲1，並從新開始執行慢開始算法。
    • 目的：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的時間把隊列中積壓的分組處理完。

快重傳和快恢復

• 圖示：在慢開始和擁塞避免基礎上改進，慢開始 -- 快重傳 -- （跳過慢開始）快恢復 -- 擁塞避免 --

• 快重傳

  • 快重傳：使用了冗餘ACK來檢查丟包的發生。
  • 當發送方連續收到三個重複的ACK報文時，直接重傳對方還沒有收到的報文段，而沒必要等待重傳計時器超時。
  • 注：快重傳並不是取消重傳計時器，而是在某些狀況下，可更早地重傳丟失的報文段。

• 快恢復

  • 當發送端收到連續三個冗餘ACK（即重複確認）時，先乘法減少，把慢開始門限ssthread減少爲出現擁塞時發送方cwnd的一半。
  • 不一樣之處：跳過了cwnd=1起始的慢開始過程，而是將cwnd的值設置爲慢開始門限ssthread改變後的值，而後開始執行擁塞避免算法（加法增大）
  • 跳過了cwnd=1起始的慢開始過程，所以稱爲快恢復。

綜述

• 擁塞控制中，發送方發送窗口的大小 = min（接收端窗口rwnd， 擁塞窗口cwnd）
• 慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復是同時應用在擁塞控制機制之中的
  • 當發送方檢測到超時：慢開始和擁塞避免；
  • 當發送方接受到冗餘ACK時：快重傳和快恢復。

END