计网第五章（运输层）（五）（TCP拥塞控制）

目录

一、基本概念

二、拥塞控制算法

慢开始：

拥塞避免：

快重传：

快恢复：

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一、基本概念

若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分（供不应求），网络性能就会变坏。

在计算机网络中的带宽、交换节点中的缓存和处理机等都是网络的资源。

如果出现拥塞而不控制，整个网络的吞吐量（单位时间内从网络输出的分组数量）会随着输入负荷的增大而下降。

就好像交通堵塞一样，公路就相当于网络资源，当车（相当于分组）过多时就会出现交通堵塞，自然就会出现到达目的地的时间变长甚至无法移动等。

在上一节提到，发送窗口的值实际是在发送方自身的拥塞窗口的值和接收方的接收窗口的值之间取较小者。

在本篇博客中，假设接收方一直有足够的缓存空间，即发送方的发送窗口由网络拥塞程度来决定。

假设A为发送方，B为接收方。发送方维护一个叫做拥塞窗口cwnd的状态变量，其值取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。

拥塞窗口cwnd的维护原则：只要网络没有出现拥塞，窗口值就会再增大一些，出现拥塞就减小一些。

判断是否出现拥塞的依据：没有按时收到应当到达的确认报文。（即发生了超时重传）。

发送方将拥塞窗口作为发送窗口swnd。

维护一个慢开始门限ssthresh状态变量。

当swnd < ssthresh时，使用慢开始算法。

当swnd > ssthresh时，停止使用慢开始算法，开始使用拥塞避免算法。

当swnd = ssthresh时，慢开始算法和拥塞避免算法都可以使用。

二、拥塞控制算法

在讨论拥塞控制时，以最大报文段MSS的个数为讨论问题的单位，而不是以字节为单位。

慢开始：

慢开始算法就是在达到慢开始门限ssthresh前，拥塞窗口值在每个轮次之后增加一倍，又因为拥塞窗口和发送窗口值相等，所以每个轮次发送窗口发送的报文段都是上个轮次的2倍。

即窗口值呈指数级增长。

“慢开始”指的是一开始向网络注入的报文段较少，并非指增长速度慢。

就好像跑步，可能刚开始比较慢，然后越来越快。

拥塞避免：

当达到慢开始门限值之后，开始使用拥塞避免算法，拥塞窗口值每个轮次之后增加1，

即窗口值呈线性增长。

在某一轮次发送方发送的报文段引起超时重传时，发送方就会判断可能发生了网络拥塞。于是就会进行以下操作：

首先将慢开始门限值缩小为发生拥塞时拥塞窗口值的一半。随后将拥塞窗口值减小为1，并重新开始慢开始算法。

“拥塞避免”是指将拥塞窗口控制为线性增长，使得网络比较不容易出现拥塞。

有时引发超时重传只是报文段在传输过程中丢失，并非是网络出现了拥塞，而因为引发发送方超时重传导致发送方误认为发生了网络拥塞。这时候重新启动慢开始算法必然会导致传输效率降低。于是就有了以下两种算法的出现。

快重传：

快重传算法采取的措施是可以让发送方尽早知道发生了个别报文段的丢失。这样发送方可以尽快进行重传，而并不是等待重传计时器超时后再重传。

这里就要求接收方不要等待自己发送数据时才捎带确认，而是立即发送确认。如果收到了失序的报文段，也要立即发出对已收到的报文段的重复确认。（注意：如果收到失序的报文段，接收方会先将其缓存下来，等待连续的报文段到达后，再按顺序处理。在之前总结TCP和UDP的对比时，也有提到使用TCP协议时，接收方从接收到的报文段中取出数据载荷部分并存储在接收缓存中，同时将接收缓存中的一些字节交付给上层。这里就很明显体现了这一点）

发送方一旦收到3个连续的重复的确认后，就对相应的报文段立即进行重传。

快恢复：

在发送方收到3个连续的重复的确认后，就知道现在只是丢失了个别报文段，于是执行快恢复算法。

这时候发送方会将慢开始门限值和拥塞窗口的值都降为当前窗口值的一半，随后进行拥塞避免算法。

总结：最开始只有慢开始和拥塞避免算法，在出现超时重传时，会被误判为网络拥塞。但是实际上可能只是个别报文段丢失，所以为了提高TCP的性能，出现了快重传和快恢复两个算法。它们两个就像泡面和火腿。快重传使得发送方收到三个重复确认后可以尽快进行重传，不用等到重传计时器超时后再重传。这时候发送方就知道并未发生网络拥塞，于是执行快恢复操作。

超时重传引起的操作是慢开始门限值降为当前窗口值的一半，拥塞窗口值变为1，随后重新启动慢开始算法。

但是快恢复是慢开始门限值和拥塞窗口值都变为当前窗口值的一半，并且随后执行拥塞避免算法。