TCP--拥塞控制-CSDN博客

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TCP中另一个重要的点就是拥塞控制TCP是无私的当它感受到网络拥堵了就会降低自己的发送速率。

前言

有人说我们有流量控制了为什么还要有拥塞控制。因为流量控制只保证了数据不会超过接收窗口的缓存大小但是TCP是感受不到网络的拥堵状态的。当网络拥堵了比如接收端迟迟收不到ACK发送端就会一直重传导致网络更加拥堵然后就是个恶性循环了。


拥塞控制有4个经典的算法。

• 慢启动
• 拥塞避免
• 快速重传
• 快速恢复

一、慢启动

首先就是慢启动。
在慢启动的状态cwnd拥塞窗口会被初始化为1个MSSMSS介绍见下图。

发送端每次接收到一个ACKcwnd就会增加一个MSS并且发送两个最大长度的报文段然后这两个报文段收到确认cwnd就又会增加两个MSS。这样就相当于每经过1个RTT不考虑发送时延cwnd就会翻倍以2的指数级增长。



那什么时候结束指数增长呢
发送端会维护一个ssthresh慢启动阈值为了放置cwnd增长过大引起网络拥塞。

• ①发生了阻塞丢包了等等

发送端会将ssthresh设置为当前cwnd值的一半然后将cwnd设置为1重新开始慢启动。
ssthresh = cwnd / 2cwnd = 1。

• ②cwnd==ssthresh

发送端会结束慢启动进入拥塞避免模式下文介绍。

• ③检测到3个冗余ACK

TCP会执行快速重传然后进入快速恢复状态。


别看它这名字里面有个慢字其实它是指数上升的。

二、拥塞避免

拥塞避免采取了一种保守的方式来提升cwnd,每个RTT才将cwnd的值加1也就是1、2、3这样的线性增长。


当网络出现拥塞的时候
发送端会将ssthresh设置为当前cwnd值的一半然后将cwnd设置为1。
这样就是为了减少数据的发送量让路由器缓存中的数据先发送发送。
现在看来无论是慢启动状态还是拥塞避免状态只要网络拥塞了发送端会将ssthresh设置为当前cwnd值的一半然后将cwnd设置为1。
下图是慢启动和拥塞避免算法的一个曲线图。





但是这样设置暴力的将ssthresh=cwnd/2有点弊端就是比如说两个相同的拥塞窗口中丢包的比例不一样如果都将ssthresh设置为当前cwnd值的一半太过暴力。比如说下面这种情况。

像上图这种情况两个拥塞窗口都是16MSS但是丢包的比例不一样。按正常思维来说应该第一个丢包比例少的设置的ssthresh应该大点。但是如果按照上面那种两个都是cwnd/2就有点问题。
由此Westwood算法产生了当丢包很轻微时由于Westwood能估算出当前拥塞并不严重所以不会大幅度减少临界窗口值传输速度得以保持。更多的关于Westwood算法的这里没有写有可能以后我会补充上。\

三、快速重传

快速重传是基于数据的一种重传方式。

服务端每次收到数据后就会返回一个ACK确认序列号表示下次希望收到的数据的序号并且表示该序号之前的数据都已经成功接受。

TCP默认是累计确认机制当中间有包乱序到达了TCP只会反复确认最后一个按序到达的数据TCP只能知道下一个数据没有按时达到之后的数据怎么样了并不知道。

如图所示第二个数据丢失了服务端一直返回ACK2因为一直没有收到第二个数据当客户端收到3次同样的ACK后客户端就会重传丢失的那个数据。然后服务端传回一个ACK6表示6之前的数据都已经成功接受了。客户端收到3个相同的ACK后就在超时重传时间之前进行重传。


但是这样还是有个问题就是重传的时候是重传一个数据还是重传所有数据呢。
比如说数据2、3都丢失了因为ACK只能表示下一次应该重传的一个数据不能表示多个数据所以即便数据3也丢失了它依然是返回ACK2。
如果重传2号数据那3号数据也丢失了。如果都重传一次显然是一次不必要的资源浪费。
这就得看SACK了关于SACK具体详看我的另一篇博客。

四、快速恢复

当接收方收到3个相同的ACK的时候发送端会认为网络已经拥塞会进入快速恢复状态发送端会将ssthresh设置为当前cwnd的一半然后cwnd设置为一半然后再加三。ssthresh = cwnd / 2cwnd = cwnd / 2 + 3。
但是之后不进行慢启动之后执行拥塞避免算法。

TCP Tahoe 和 TCP Reno

TCP也是在不断迭代的最早的TCP版本叫做TCP Tahoe目前使用最广泛的版本是TCP Tahoe。

ssthresh设置为当前cwnd的一半然后cwnd设置为一半然后再加三
TCP Tahoe版本中拥塞算法只有三个慢启动、拥塞避免、快速重传。在收到3个重复的ACK时候将ssthresh设置为当前cwnd的一半然后cwnd设置1进入慢启动。ssthresh = cwnd / 2, cwnd = 1。

TCP Tahoe版本中拥塞算法在原来的基础上增加了一个快速恢复就是在收到3个重复的ACK时候发送端将ssthresh设置为当前cwnd的一半然后cwnd设置为一半然后再加三。ssthresh = cwnd / 2cwnd = cwnd / 2 + 3。