流量控制和拥塞控制的原理和区别

先介绍下重传机制和滑动窗口

超时重传

重传机制的其中一个方式，就是发送数据时，设定一个定时器，当超过指定的时间后，没有收到对方的ACK确认应答报文就会重发该数据。
TCP会在以下两种情况发送超时重传：

• 数据包丢失
• 确认应答丢失
  
  RTT（往返时延）：RTT是数据发送时刻到接收到确认的时刻的差值。
  
  超时重传时间是以RTO表示，在重传情况下超过时间RTO会有哪些情况发生？
  
  如果RTO较大，重发慢效率低。
  如果RTO较小，导致可能没有丢就重发，会增加网络堵塞导致更多超时。
  RTO值非常重要，超时重传时间RTO的值应该略大于报文往返RTT的值。

快速重传

不以时间驱动，以数据驱动重传。

快速重传的工作方式是当收到三个相同的ACK报文时会在定时器时期之前重传丢失的报文段。
快速重传面对的问题是重传一个还是重传所有，为了解决不知道该重传哪些报文，于是就有了SACK方法。

SACK方法

选择性确认。
在TCP头部字段里加一个SACK，可以将已收到的数据的信息发生给发送方，这样发送方就可以知道哪些数据收到了，哪些数据没收到，就可以只重传丢失的数据。

Duplicate SACK

使用SACK告诉发送方有哪些数据被重复接受了。

接收方发现数据是重复收到的，于是返回一个SACK=3000-3500，告诉发送方数据已被接收到了，因为ACK都到4000了说明4000以前都被接收了。

好处：
可以让「发送方」知道，是发出去的包丢了，还是接收方回应的 ACK 包丢了;
可以知道是不是「发送方」的数据包被网络延迟了;
可以知道网络中是不是把「发送方」的数据包给复制了;

滑动窗口

下图传输的缺点：数据包的往返时间越长，通信的效率越低。

为了解决这个问题，TCP引入了窗口这个概念。窗口实际上就是操作系统开辟的一个缓存空间，发送方主机在等到确认应答返回之前，必须在缓冲区保留已发送的数据，如果按期收到确认应答，此时数据就可以在缓存区清楚。
下图假设窗口大小为3个TCP段，那么发送方就可以连续发送3个TCP段，并且中途若有ACK丢失，可以通过下一个确认应答进行确认。

图中的 ACK 600 确认应答报文丢失，也没关系，因为可以通过下一个确认应答进行确认，只要发送方收到了 ACK 700 确认应答，就意味着 700 之前的所有数据「接收方」都收到了。这个模式就叫累计确认或者累计应答。
TCP中有个字段叫Window，也就是窗口大小。
这个字段就是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据，于是发送端就可以根据接受端的处理能力发送数据，而不会导致接收端处理不过来。

发送方缓存窗口

可用窗口耗尽，在未收到ACK确认前无法继续发送数据了。

下图，当收到之前发送的数据的ACK确认应答后，如果发送窗口的大小没有变化，则滑动窗口右移5个字节，因为有5个字节的数据被应答确认，接下来52到56字节又变成了可用窗口，后续也就可以发送52到56字节的数据了

SND.WND:表示发送窗口大小，由接收方指定
SND.UNA：是一个绝对指针，指向已发送但未确认的第一个字节的序列号
SND.NXT：也是一个绝对指针，指向未发送但总大小在接收方处理范围内的第一个字节

接收方缓存窗口

接收窗口和发送窗口大小相等吗？
约等于，不是一成不变的。当接收方的应用进程读取数据的速度非常快的话，接收窗口就会很快的空缺出来，通过TCP报文中的Windows字段告诉发送方新的接收窗口大小。

流量控制

发送方不能无脑发数据给接收方，考虑接收方处理能力。
TCP提供一种机制可以让发送方根据接收方的实际接收能力控制发送的数据量，这就是所谓的流量控制。
利用滑动窗口机制可以很方便在TCP连接上实现对发送方的流量控制。

建立TCP连接时B告诉A，我的接收窗口是400，主机A将自己的窗口也设置为400

主机A调整自己的发送窗口为300

发送窗口内序号201-300这100个字节数据的重传计时器超时了，主机A将它们重新封装成一个TCP报文段发送出去

主机A还可以发送100字节

主机B对收到601号以前的数据进行累计确认，并将窗口字段的值调整为0，对主机A进行流控

目前主机A不能再发送一般的TCP报文段了

主机A将最后的发送缓存中序号501-600的字节数据全部删除了
假设过一段时间，主机B的接收缓存又有一些存储空间。

TCP为每一个连接设有一个持续计时器，只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，如果持续计时器超时，就发送一个零窗口探测报文，仅仅携带一字节的数据，对方在确认这个探测报文段时，给出现在的接收窗口值，如果接受窗口仍然是0，那么收到这个报文段的一方就重新启动持续计时器，如果接受窗口不是0，死锁的局面就打破了。

零窗口探测报文丢失怎么办，它也有持续计时器，超时也会被重传。

小结

流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。
利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方地流量控制。

• TCP接收方利用自己的接收窗口大小来限制发送方发送窗口的大小。
• TCP发送方收到接收方的零窗口通知后应启动持续计时器。持续计时器超时后就向接收方发送零窗口探测报文。

拥塞控制

在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过该资源所能提供的可用部分，网络性能就要变坏。
若出现拥塞而不进行控制，整个网络的吞吐量随输入负荷的增大而下降

介绍四种拥塞控制算法的基本原理：

• 慢开始
• 拥塞避免
• 快重传
• 快恢复

假定如下条件：
数据单方向传送，而另一个方向只传送确认。
接收方总是由足够大的缓存空间，因而发送方发送窗口的大小由网络的拥塞程度来决定。
以最大报文段MSS的个数为讨论问题的单位，而不是字节为单位。

慢开始算法

慢开始是指一开始向网络注入的报文段少，并不是指拥塞窗口cwnd增长速度慢

拥塞避免算法

指数增长变为线性增长

快重传

有时，个别报文段会在网络中丢失，但实际上网络并未发送拥塞，这将导致发送方超时重传，并误认为网络发送阻塞，发送方把拥塞窗口cwnd又设置为最小值1，并错误地启动慢开始算法，因而降低了传输效率。
采用快重传算法可以让发送方尽早知道发送了个别报文段地丢失。
快重传就是使发送方尽快进行重传，而不是等超时重传计时器超时再重传。
要求接收方不要等待自己发送数据时才进行捎带确认，而是要立即发送确认。即使收到了失序的报文段也要立即发出对已收到报文段的重复确认。
发送方一旦收到三个连续的重复确认，将相应的报文段立即重传，而不是等该报文段的超时重传计时器超时再重传。

对于个别丢失的报文段，发送方不会出现超时重传，也就不会误认为出现了阻塞（进而降低拥塞窗口cwnd为1）.使用快重传可以使整个网络的吞吐量提高百分之20左右。

快恢复

发送方一旦收到3个重复确认，就知道现在只是丢失了个别的报文段。于是不启动慢开始算法，而执行快恢复算法。

• 发送方将慢开始门限ssthresh值和拥塞窗口值cwnd值调整为当前窗口的一半；开始执行快恢复算法。
• 也有的快恢复实现是把快恢复开始时的拥塞窗口cwnd值再增大一些，即等于ssthresh+3