传输层拥塞控制

一、拥塞控制原理

拥塞控制方法

端到端拥塞控制
- 没有来自网络的显示反馈
- 端系统系统延迟和丢失时间推断是否有拥塞
- TCP采用这种方法
网络辅助的拥塞控制
- 路由器提供给端系统以反馈信息
  - 单个bit位置，显示有拥塞(SNA,DECbit TCP/IP ECN,ATM)
  - 显示提供发送端可以采用的速率

二、TCP拥塞控制

发送方的TCP拥塞机制跟踪一个额外的变量，即拥塞窗口(congestion window)，表示为cwnd，它对TCP发送方能够向网络中发送流量的速率进行控制。

TCP拥塞窗口的长度与流量控制接收窗口长度相结合(滑动窗口):

在一个发送方中，未被确认的数据量不能超过cwnd和rwnd(recive window)的最小值

LastByteSend – LastByteAck <= min{cwnd，rwnd}

拥塞判断

TCP采用端到端的拥塞控制，通过发送方的“丢包事件”来定义：确认超时或收到来自接收方的3个冗余ACK。

TCP发送方通过如下原则确定发送速率使得网络既不会阻塞，又能充分利用可用带宽：

一个丢失的报文段意味着拥塞，因此当丢失报文段时应当降低TCP发送方的速率

丢失可能是由于网络节点的缓存队列满了导致的丢失，也可能是由于请求头bit错位，服务端没法解析导致的丢失。

对于后者，概率本来就很小，加之TCP网络减速后还有相应的策略探测进行加速
一个确认报文段段指示网络正在向接收方交付发送方的报文，因此，当对先前发送的未确认报文段确认到达时，能够增加发送方的速率。

确认的到达是一切顺利的隐含指示，表示该网络不拥塞，可以适当增加拥塞窗口长度
带宽探测。给定ACK指示源到目标路径无拥塞，丢包或者冗余ACK指示路径拥塞，TCP调节其传输速率的策略是增加其速率以响应到达的ACK，除非出现拥塞事件才减小传输速率。

TCP拥塞控制算法

该算法主要包含3部分：慢启动、拥塞避免、快速恢复。其中慢启动和拥塞避免是TCP的强制部分，两者的区别在于收到ACK时，增加cwnd长度的方式

慢启动

当TCP连接建立后，第一次发送数据时，cwnd的值通常设置为一个MSS的较小值，收到一个ACK确认后，拥塞窗口长度就增加一个MSS，发送两个MSS长度的报文段，这两个报文段再收到两个ACK后，每个确认报文都会使发送方拥塞窗口再增加一个MSS，变成4个MSS，并这样依次下去。慢启动过程，拥塞窗口长度的增长是指数形式。

当出现拥塞时(超时/冗余ACK)，TCP策略：
- 超时
  
  慢启动出现了超时的情况后，cwnd将被置1，重复慢启动的过程，但在这次慢启动的过程中有一个慢启动阈值ssthresh=原cwnd/2，该值表示如果发送速率达到该值后，发送速率不能再以指数形式增长了，而要采用保守的策略，结束慢启动并且TCP转移到拥塞避免模式
- 冗余ACK
  
  如果慢启动出现了3次冗余ACK，则说明当前通道即将阻塞，则将cwnd置为原来的1/2，然后结束慢启动，TCP执行快速重传，进入快速恢复状态
拥塞避免

一旦进入拥塞避免模式，cwnd的值大约为上次拥塞时cwnd值的一半，即距离拥塞用不遥远了!。这时不能再采用每过一个RTT就将cwnd翻倍的策略，而是要采用一种保守的策略，每过一个RTT，就将cwnd的长度值增加一个MSS。

具体实现(通用方式)：假设MSS是1460字节，cwnd是14600字节，则在要给RTT内发送10个报文段，每个到达的ACK增加1/10MSS的拥塞窗口长度，对所有的10个报文确认后，则增加一个MSS长度的拥塞窗口

当拥塞避免出现超时，则重新计算拥塞阈值，然后进入慢启动过程

当拥塞避免出现了丢包(收到三个冗余ACK)的情况，cwnd的值会加上三个MSS，然后将ssthresh的值记录为cwnd的一半，然后进入快速恢复模式
快速恢复

对于引起TCP进入快速恢复状态的冗余ACK，对于收到的每个冗余的ACK，cwnd的值都增加一个MSS。当收到三个冗余的ACK后，进入快速恢复状态，将ssthresh设置为cwnd的一半，重复类似拥塞避免的操作。如果在快速恢复出现了超时，则执行如同在慢启动和拥塞避免中相同的动作后，迁移到慢启动状态：cwnd的值被设置成1，并将ssthresh设置为cwnd的一半。