TCP Incast学习笔记

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1、一、现有TCP流量在拥塞的情况下出现的问题根据RFC793的描述，TCP协议是按照端到端设计的可靠的流传送协议。其特点是：1、在三次握手建立连接时，协商发送端和接收端的发送和接收能力，滑窗。2、在完成连接建立之后，TCP按照当初协商的窗口大小进行报文的发送。3、提供可靠地连接，TCP的接收端将使用ACK机制通知发送端数据是否成功接收。4、TCP发送端按照接收端的ACK来判断数据是否正确接收，并且对没有ACK的报文进行重发。从上面的TCP协议的特点可以看出，TCP是端到端的协议，并不直接感知报文在中间路径上传送的状态。即，在网络中间路由器

2、丢包时，TCP协议是通过感知是否有ACK或者是否有重复的ACK来重传报文。TCP将网络路径中的所有转发设备看做是黑盒，只要感知ACK没有在规定的时间收到，则认为报文被中间链路丢弃，并进行报文重传，保证数据可靠性。对于网络链路中的路由器来说，需要转发的TCP报文并不一定来自同一台主机，各主机之间的TCP连接并不感知中间路由器的转发队列的忙闲状态。当中间路由器队列过载导致丢包后，所有主机的TCP连接并不立即感知到，而是在定时器超时之后，由于没有收到ACK，开始重传报文。而这个定时器的时间相对较长，通常从几秒到几十秒不等。报文丢弃导致多路TC

3、P开始降低发送速率，甚至在一个窗口发送完毕之后，TCP的重传定时器没有超时之前，整个发送过程会偶尔停滞。在所有TCP降低性能之后，路由器的转发队列拥塞得到缓解，不再丢弃报文，所有TCP又会同时提高发送速率，到达一定程度之后，路由器又开始丢弃报文，并重复刚才TCP的重传过程。该现象的问题有：1、丢包导致TCP重传，该重传定时器的时间较长，对时延敏感的应用来说，影响用户感受。2、丢包之后，TCP根据RFC793规定的要求，所有TCP开始进行退避，下调发送性能，拥塞得到缓解，但此时的网络利用率无法达到最优。3、在拥塞缓解之后，TCP为了获得发

4、送的最优性能，又继续扩大发送窗口，直到发现丢包，重复上述问题过程。二、现有TCP的拥塞控制1、慢启动，TCP为了探测网络实际性能，也为了避免一开始就发送过多数据，使用的一种发送算法。即一开始尽发送一个MSS报文段，随着ACK的不停回复，TCP发送端开始放大发送能力，该算法的放大时按照指数方式，当达到一定的速率时切换成线性增长方式。2、快速重传，TCP在收到重复的3次ACK时，会认为重传队列中的第一个报文段被网络丢弃，但由于收到的重复的3次ACK，则认为该报文段之后的三个报文已经被接收端收到，则不等待重传定时器超时，直接重发重传队列中的第

5、一个报文段。3、快速恢复，当TCP收到3次重复的ACK时，将拥塞窗口减半，并在后续再收到重复的ACK时线性增加窗口，以保证发送报文的性能。在收到新的非重复ACK后，TCP连接恢复到慢启动状态发送报文。三、路由器拥塞控制队列在网络中的路由器的转发队列通常实现了RandomEarlyDetection(RED)功能，即，路由器会根据当前转发队列的平均长度来做丢包决策，并且随机的丢弃一些TCP流量的报文，而不是等待队列溢出后丢弃全部的报文，这样能够很好的避免所有TCP同时超时的问题。由于按照队列的平均长度来进行丢包，而不是队列满长，所以会引起

6、一部分TCP的退避，让一部分TCP先放缓，保证另一些TCP的通常。再次，使用的随机丢弃，所以针对所有TCP连接来说是相对公平的。四、ECN的设计概念在RFC3168中定义了ECN的设计目标，是通过TCP发送端和接收端以及中间路由器的配合，感知中间路径的拥塞，并主动的减缓TCP的发送速率，从而从早期避免拥塞而导致的丢包，实现网络性能的最大利用。能够解决的问题如下：1、所有TCP发送端能够早期感知中间路径拥塞，并主动放缓发送速率，预防拥塞发生。2、在中间路由器上转发的队列上，对于超过平均队列长度的TCP报文进行ECN标记，并继续进行转发，不

7、再丢弃报文。避免了报文的丢弃和TCP的重传。3、由于减少了丢包，TCP不需要经过几秒货几十秒的重传定时器出发报文重传，提高了时延敏感应用的用户感受。4、与没有部署ECN功能的网络相比，网络的利用率更好，不再在过载和轻载之前来回震荡。五、ECN在IP层和TCP层的修改IP首部的修改01234567+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+

8、DSFIELD,DSCP

9、ECNFIELD

10、+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+DS

11、CP:differentiatedservicescodepointECN:ExplicitCongestionNotificationTheDifferentiatedServicesandECNFiel