《数据通信与网络》笔记--TCP中的拥塞控制

《数据通信与网络》笔记--TCP中的拥塞控制

 

1.拥塞窗口

发送方窗口的大小不仅取决于接收方，而、而且还取决于网络拥塞的情况。

发送方有2种信息：接收方通告的窗口大小和拥塞窗口的大小，实际的窗口大小事这两者中的最小者。

实际窗口大小 = min（rwnd，cwnd）

rwnd：接收窗口大小。

cwnd：拥塞窗口大小。

2.拥塞策略

TCP处理拥塞的一般策略基于3个阶段：慢速启动，拥塞避免和拥塞检测。

2.1.慢速启动：指数增长

TCP拥塞控制所使用的一种算法称为慢性启动（slow start），这种算法是基于这样的想法，它在开始时设置拥塞窗口大小（cwnd）

 

为一个最长段长度（MSS），每次接到一个确认时，窗口的大小就增加一个MSS值。窗口时慢速启动的，但是按指数规则增长。

下图说明了慢速启动的过程。（图中假设rwnd比cwnd大得多，这样发送方窗口大小永远等于cwnd，每段都是单独进行确认的）

 

 

开始：cwnd = 1

第一次传输后：cwnd =2

第二次传输后：cwnd=4

第三次传输后：cwnd=8

慢速启动不能一直继续下去，到达阈值必须停止该阶段。发送方保存一个称为ssthresh（慢速启动阈值）变量，当拥塞窗口中的字节达到这个

阈值时，慢速启动阶段结束而下一个阶段开始。在大多数实现中，ssthresh值是65536个字节。

2.2.拥塞避免：加性增加

如果我们以慢速启动算法开始，则拥塞窗口大小按指数规则增长。为了在拥塞发生之前避免拥塞，必须降低指数增长的速度。TCP定义了另一个

算法，称为拥塞避免（congestion avoidance），这个算法是加性增加（additive increase），而不是指数增加。当拥塞窗口的大小达到慢速启动

的阈值时，慢速启动阶段停止，加性增加阶段开始。在这个算法中，每次整个窗口所有段都被确认（一次传输）时，拥塞窗口才增加1。下图说明

了这个过程。

 

 

开始：cwnd = 1

第一次传输后：cwnd = 2

第二次传输后：cwnd = 3

第三次传输后：cwnd = 4

2.3.拥塞检测：乘性减少

如果发生拥塞，拥塞窗口的大小必须减少。发送方能推测出发生拥塞现象的唯一方法就是通过重传段的要求。可是重传是在两种情况下发生：重传计时器

到达或接受到三个ACK。在这二中情况下，阈值就下降一半，即乘性减少（multiplicative decrease）。大多数TCP实现包含2个反应：

1.如果计时器到达，那么存在非常严重的拥塞的可能性；一个段可能已在网络中丢失。

在这种情况下，TCP做出强烈的反应。

a.设置阈值为当前拥塞窗口大小的一半。

b.设置cwnd为一个段的大小。

c.启动慢速启动阶段。

2.如果接收到3个ACK，那么存在着轻度拥塞的可能性。一个段可能已经丢失，但自从接收到3个ACK后，有一些段可能已安全到达，这称为快速传送和快速恢复。

在这种情况下，TCP做出轻度的反应。

a.设置阈值为当前拥塞窗口大小的一半。

b.设置cwnd为阈值（有些实现是阈值加上3个段）

c.启动拥塞避免阶段。

 

下图给出了一个例子。

 

 

假定最大窗口是32个段，阈值时16个段（最大窗口的一半），在慢速启动阶段，窗口大小从1开始按指数规律增加知道它达到阈值。

当达到阈值后，拥塞避免（加性增加）过程允许窗口大小线性增长知道计时器到达或达到最大窗口的大小。在途中，当窗口为20时，

计时器到达。此时。进入乘性减少过程，将阈值设置为当前窗口的大小的一半，当计时器达到时，当前窗口大小为10，因此现在的

阈值为10。

TCP再次进入慢速启动，并设置窗口的大小为1，当达到新阈值（10）时，TCP进入加性增加阶段。当窗口大小为12时，3个ACK事件

发生，再次进入乘性减少过程，阈值设置为6，这时TCP进入加性增加阶段，该阶段一直维持到另一个计时器到时或者另外3个ACK

事件发生为止。