说明白计算机网络之TCP的流量控制与拥塞控制之慢开始算法与拥塞避免算法

TCP的流量控制

利用滑动窗口实现流量控制

 

设A向B发送数据，连接建立时候，B告诉A自身的接收窗口大小，A的发送窗口大小不能超过接收方B的窗口大小

流量控制：发送方发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。窗口大小的单位是字节。

窗口大小每次可以根据需求发送调整消息。

如果A向B发送了零窗口通知，而之后向B发送窗口100大小的通知，但消息丢失了，B一直没有收到，B如果一直等待下去就是死锁现象；

因此TCP为每个链接设置了计时器，当一方收到零窗口消息，启动计时器，然后计时器时间到期还没有收到更改窗口大小通知，那么就发送零窗口探测报文段（TCP规定在零窗口情况下也要接收零窗口探测字段，紧急报文段和确认报文段），对方收到后发送现在的窗口值，如果依然是零，那么重新设置计时器。

TCP发送时机的控制机制：

 

TCP维持一个变量，等于报文最大长度MSS,一旦接收到的数据达到MSS字节，就发送一个TCP报文段出去。

第二种机制是由发送方的应用进程指明要求发送报文段，即推送操作。

第三种机制是发送方一个计时器期限到了，将当前已有的缓存数据放入报文段。

使用Nagle算法：

发送应用进程要把发送的数据逐个发送给发送缓存，然后发送数据的第一个字节，然后把后续到达的字节存储到缓存起来，当收到对第一个字节的确认时候，发送缓存中所有数据组装成一个报文段发出，同时对后续到达缓存的报文段缓存，以后只有收到前一个报文段确认后，再发送后一个报文段。

糊涂窗口综合症：

 

TCP接收方的缓存已经满了，应用进程每次取用一个字节，接着发送方又传来一个字节，然后接收方发送确认，通知窗口依然为一个字节，这样效率很低。

要解决，可以让接收方等待一段时间，使接收缓存可以容纳一个最长报文段或者有一半空闲空间，这样就可以通知新的窗口大小。

拥塞;对资源的需求大于可用资源；

流量控制：点到店的通信量的控制。

拥塞控制;防止将过多数据注入网络，使网络过载。

TCP拥塞的控制方法

算法有4种，慢开始，拥塞避免，快重传和快恢复。

假设数据单方向传输，接收方有足够大的缓存空间，即发送窗口大小由网络拥塞程度决定。

(1)慢开始和拥塞避免：

 

发送方维持一个叫做拥塞窗cwnd(congestion window)的变量，拥塞窗口大小取决于网络拥塞程度.发送方控制自己的发送窗口与拥塞窗口相等。假设接收方接收窗口足够大，那么只考虑拥塞窗口，发送方控制拥塞窗口大小的原则是只要没有发生拥塞，就扩大拥塞窗口，以便发送更多数据。

慢开始算法：

当建立连接后，从小到大，逐步扩大数据量，即逐步增大拥塞窗口大小。

SMSS(sender maximum segment size)为发送方最大报文段。

RFC 6681规定先将初始拥塞窗口cwnd设置为不超过2到4个SMSS的数值，具体规定如下：

（1）SMSS>2190个字节：设置初始拥塞窗口为2*SMSS字节。

（2）若1095字节（30SMSS

拥塞窗口还可以不断增加，收到一个新的报文段确认后，拥塞窗口最多增加一个SMSS数值。

拥塞窗口cwnd每次的增加量=min(N,SMSS)

N是刚刚确认的报文段字节数。

下面设置拥塞窗口单位为报文段，为了方便描述。

 

开始时候，发送方设置cwnd为1，发送第一个报文段，接下来每收到对一个报文段的确认，拥塞窗口就加一。

接收到对一个报文段的确认，然后拥塞窗口大小为2，然后发送方可以连续发送两个报文段，接收冯收到后，发回两个确认，然后拥塞窗口大小设置为4。

可见，从1到2到4...,可见拥塞窗口大小在慢开始阶段是指数型增长的。

慢开始的慢是指TCP刚开始发送时候，只发送一个报文段你，为了试探网络的拥塞情况，然逐步增大拥塞窗口。

为了防止cwnd过大造成网络拥塞，设置慢开始门限ssthresh;

cwnd

cwnd>ssthresh：使用拥塞避免算法

cwnd=ssthresh：既可以使用慢开始算法又可以使用拥塞避免算法。

拥塞避免算法是为了使拥塞窗口缓慢增大，即每经过一个往返时间RTT，发送方拥塞窗口加1个报文段，这样拥塞窗口大小便相对增加缓慢。