拥塞控制算法

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1、TCP拥塞控制算法为了防止网络的拥塞现象，TCP提出了一系列的拥塞控制机制。最初山V.Jacobson在1988年的论文中提出的TCP的拥塞控制由"慢启动(Slowstart)”和"拥塞避免(Congestionavoidance)w组成，后来TCPReno版本中又针对性的加入了"快速重传(Fastretransmit)”、“快速恢复(FastRecovery)”算法,再后来在TCPNewReno中又对“快速恢复”算法进行了改进，近些年又出现了选择性应答(selectiveacknowledgement,SACK)算法，还

2、有其他方血•的人人小小的改进，成为网络研究的一个热点。TCP的拥塞控制主要原理依赖于一个拥塞窗M(cwnd)來控制，在Z前我们还讨论过TCP还有一个对端通告的接收窗口(rwnd)用于流量控制。窗口值的大小就代表能够发送出去的但还没有收到ACK的最大数据报文段，显然窗口越大那么数据发送的速度也就越快，但是也有越可能使得网络出现拥塞，如果窗口值为1,那么就简化为一个停等协议，每发送一个数据，都要等到对方的确认才能发送第二个数据包，显然数据传输效率低下。TCP的拥塞控制算法就是要在这两者ZI'可权衡，选取最好的cwnd值，从而使

3、得网络吞吐最最大化且不产生拥塞。由于需要考虑拥塞控制和流最控制两个方面的内容，因此TCP的真正的发送窗口=min(rwnd,cwnd)o但是rwnd是由对端确定的，网络环境对其没有影响，所以在考虑拥塞的时候我们一般不考虑™】d的值，我们暂时只讨论如何确定cwnd值的大小。关于cwnd的单位，在TCP中是以字节来做单位的，我们假设TCP每次传输都是按照MSS大小来发送数据的，因此你町以认为cwnd按照数据包个数来做单位也町以理解，所以有时我们说cwnd增加1也就是相当于字节数增加1个MSS大小。慢启动：最初的TCP在连接建立

4、成功后会向网络中发送大量的数据包，这样很容易导致网络中路由器缓存空间耗尽，从而发牛拥塞。因此新建立的连接不能够一开始就大量发送数据包，而只能根据网络情况逐步增加每次发送的数据量，以避免上述现象的发牛。具体來说，当新建连接时，cwnd初始化为1个最大报文段(MSS)大小，发送端开始按照拥塞窗口大小发送数据，每当有一个报文段被确认，cwnd就增加1个MSS大小。这样cwnd的值就随着网络往返时间(RoundTripTime,RTT)呈指数级增长,事实上,慢启动的速度一点也不慢，只是它的起点比较低一点而已。我们可以简单计算下：开

5、始-一＞cwnd=1经过1个RTT后一-〉cwnd=2*1=2经过2个RTT后---〉cwnd=2*2二4经过3个RTT后---〉cwnd=4*2=8如果带宽为W,那么经过RTT*log2W时间就可以占满带宽。拥塞避免：从慢启动对以看到，cwnd可以很快的增长上来，从而最大程度利用网络带宽资源，但是cwnd不能一直这样无限增长下去，一定需要某个限制。TCP使用了一个叫慢启动门限(ssthresh)的变量，当cwnd超过该值后，慢启动过程结束，进入拥塞避免阶段。对于大多数TCP实现来说，ssthresh的值是65536(同样

6、以字节计算)。拥塞避免的主要思想是加法增人，也就是cwnd的值不再指数级往上升，开始加法增加。此时当窗口中所有的报文段都被确认时,cwnd的大小加1,cwnd的值就随着RTT开始线性增加,这样就对以避免增长过快导致网络拥塞，慢慢的增加调整到网络的最佳值。上而讨论的两个机制都是没有检测到拥塞的情况下的行为，那么当发现拥塞了cwnd乂该怎样去调整呢？首先来看TCP是如何确定网络进入了拥塞状态的，TCP认为网络拥塞的主要依据是它重传了一个报文段。上面提到过，TCP对每一个报文段都有一个定时器，称为重传定时器(RTO),当RTO超

7、时口述没有得到数据确认，那么TCP就会对该报文段进行重传，当发生超时时，那么出现拥塞的nJ能性就很大，某个报文段町能在网络中某处丢失，并后续的报文段也没有了消息，在这种情况下，TCP反应比较“强烈”：1.把ssthresh降低为cwnd值的一半2.把cwnd重新设置为13.重新进入慢启动过程。从整体上來讲，TCP拥塞控制窗口变化的原则是ATMD原则，即加法增大、乘法减小。可以看出TCP的该原则可以较好地保证流之间的公平性，因为一旦出现丢包，那么立即减半退避，可以给其他新建的流胡有足够的空间，从而保证整个的公平性。其实TCP

8、还有一种情况会进行重传：那就是收到3个相同的ACKoTCP在收到乱序到达包时就会立即发送ACK,TCP利用3个相同的ACK来判定数据包的丢失，此时进行快速重传，快速重传做的事情有：1.把ssthresh设迸为cwnd的一半2.把cwnd再设置为ssthresh的值(具体实现有些为ssthresh+3)3