TCP拥塞控制 2

解决传统TCP缺陷： 1、窗口太小，最大65535。 TCP利用了选项功能，其头部存在预留项，用于扩展等用途。窗口扩大选项增加了额外的16位来表示窗口大小，窗口的由首部的16位大小和选项的16位共同组成。 不过不是用加法组成的，而是利用 移位窗口的幂 来表示的，

解决传统TCP缺陷：

1、窗口太小，最大65535。

TCP利用了选项功能，其头部存在预留项，用于扩展等用途。窗口扩大选项增加了额外的16位来表示窗口大小，窗口的值由首部的16位大小和选项的16位值共同组成。

不过不是用加法组成的，而是利用移位窗口值的幂来表示的，也就是说如果移位窗口值为 10，那么窗口的最大值就是65535*210，这个值就比较大了，足够表示窗口的大小了。

2、数据包丢失，即认定为网络出现了拥塞

在高速网络中，这种假设是不成立的。如果笼统地认为分组丢失就是拥塞所引起的，从而降低一半的速率，这是对网络资源的极大浪费。拥塞的判断需要两个连续的分组丢失。

于是乎，就有了HSTCP和BI-TCP等一系列拥塞控制方法。

HSTCP

High-Speed TCP是由Floyd提出，基于AIMD准则的一种新的拥塞控制算法，能在高速度和大时延的网络中更有效地提高网络的吞吐率。它通过对标准TCP拥塞避免算法的增加和减少参数进行修改，从而实现了窗口的快速增长和慢速减少，但是它存在严重的RTT不公平性。

HSTCP提出的窗口增加和减小方法，先看拥塞控制中的两个公式：

cwnd = cwnd+a(cwnd)/cwnd ............................ （1)

cwnd = (1-b(cwnd)) * cwnd ............................ (2)

式 (1)是拥塞避免时的窗口增长方式，式(2)是发生了丢包后的窗口下降方式，其中a，b为两个函数，cwnd为其自变量，在标准TCP中a(cwnd)=1，b(cwnd)=0.5，也就是加法增大，乘法减小。

为了达到TCP的友好性，在窗口较低的情况下，也就是说非BDP的网络环境下，HSTCP采用的是和标准TCP相同的a和b，也就是一样的方式来保证两者之间的友好性。当BDP大时，也就是w较大时(HSTCP设定的临界值为38)，采取新的a和b来达到高吞吐的要求：

根据不同的网络环境下使用不同的TCP窗口增长和降低参数，具体可以看RFC3649文档。

BIC-TCP

HSTCP，它通过简单的修改标准TCP的增长方式，从而达到了高吞吐。方法很简单，但是缺点在于，它存在严重的RTT不公平性. 公平性指共享同一网络瓶颈的多个流之间占有的网络资源相等。

BIC-TCP由North Carolina State University的网络研究实验室提出，该算法在提出不久后就成为了当时Linux内核中的TCP默认拥塞算法，使用非常广泛.（是linux采用cubic之前的默认算法）

BIC-TCP的本质：

BIC- TCP的提出者们发现了TCP拥塞窗口调整的一个本质：那就是找到最适合当前网络的一个发送窗口，为了找到这个窗口值，TCP采取的方式是(拥塞避免阶 段)每RTT加1，缓慢上升，丢包时下降一半，接着再来慢慢上升。BIC-TCP的提出者们看穿了事情的本质，其实这就是一个搜索的过程，而TCP的搜索方式类似于逐个遍历搜索方法，可以认为这个值是在1和一个比较大的数(large_window)之间，既然在这个区间内需要搜索一个最佳值，那么显然最好的方式就是二分搜索思想。

BIC- TCP就是基于这样一个二分思想的：当出现丢包的时候，说明最佳窗口值应该比这个值小，那么BIC就把此时的cwnd设置为max_win，把乘法减小后 的值设置为min_win，然后BIC就开始在这两者之间执行二分思想--每次跳到max_win和min_win的中点。

具体实现还有其他问题，比如防止传输的抖动，因而BIC-TCP选取了另外取了两个参考值Smax和Smin。BIC-TCP的具体实现可以参考内核代码/net/ipv4/tcp_bictcp.c

CUBIC

BIC-TCP的缺点：首先就是抢占性较强，它在探测阶段相当于是重新启动一个慢启动算法，而TCP在处于稳定后窗口就是一直是线性增长的，不会再次执行慢启动的过程。其次，BIC-TCP的窗口控制阶段增加了算法上的实现和性能分析复杂度。

CUBIC在设计上简化了BIC-TCP的窗口调整算法，CUBIC使用一个立方函数取代BIC-TCP的增长曲线。来看下具体细节：当某次拥塞事件发生时，Wmax设置为此时发生拥塞时的窗口值，然后把窗口进行乘法减小，乘法减小因子设为β， 当从快速恢复阶段退出然后进入到拥塞避免阶段，此时CUBIC的窗口增长开始按照“凹”式增长曲线进行增长，该过程一直持续直到窗口再次增长到Wmax， 紧接着，该函数转入“凸”式增长阶段。该方式的增长可以使得窗口一直维持在Wmax附近，从而可以达到网络带宽的高利用率和协议本身的稳定性。

鉴于CUBIC比BIC-TCP更出色的表现，在Linux2.6.18版本后，CUBIC取代了BIC-TCP，内核代码请参考/net/ipv4/tcp_Cubic.c。

TCP拥塞的优化算法还有N多多，比如

Fast TCP：从TCP vegas的思想发展而来，利用网络延时进行拥塞判断。

ECN：显式拥塞通知，该算法的思想是想借助路由器。路由器在发现有拥塞现象时在连接的TCP或者IP头里面打上拥塞的标记，让终端自己去根据标记进行处理。

UDT：UDT是一个开源的基于UDP实现的可靠传输协议，但是在UDT的拥塞算法与UDP或TCP没有关系，UDT采用的是一种带宽估计的算法。发送端的拥塞算法就是把拥塞窗口利用一个函数无限逼近于带宽值，这种思想对于传输的稳定性非常好，因为是一个无限逼近，所以永远不会超过带宽的值，而不是像TCP一样在平衡状态后继续一直往上增大窗口，从而在平衡状态能够维持比较久。

完成一个TCP的可用版本很容易，要实现一个高性能版本需要考虑的因素就多了去了。

不同环境：局域网、异构网、卫星网等等，每种网络的要求千差万别。

不同应用：有一直只发送小包(发送的包长度小于MSS)的应用，也有不停的发送大包的应用，还有两边同时发送和接收数据的应用。

传输效率，公平性，平稳性等等

参考;http://www.cnblogs.com/fll/archive/2011/11/15/2250437.html