运输层（三）

Xherlock

2022 年 05 月 07 日

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计算机网络

# 运输层（三）

## 拥塞控制原理

原因：太多的源想以过高的速率发送数据，为处理网络拥塞，需要一些机制以在面临网络拥塞时遏制发送方（**流量控制是接收方控制发送方的传输不会超过接收方的缓存**）

拥塞表现：丢包、时延长

**两种处理方法：**

* 端到端拥塞控制：网络层没有为运输层拥塞控制提供显示支持，端系统必须通过对网络行为的观察来推测是否存在拥塞——TCP
* 网络辅助的拥塞控制：路由器提供反馈给端系统（ATM【Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式】、ABR【Available Bite Rate】）

## TCP拥塞控制

**通过感知网络拥塞来限制传输速度**

#### 如何限制发送方速度

拥塞窗口（cwnd）：LastByteSent - LastByteAcked &le; min{cwnd，rwnd}

假设rwnd足够大，可以忽略它的限制，此时发送方中未被确认的数据量只受限于cwnd

![image-20220502091419159.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/1710959873.png)

$rate \approx \frac{cwnd}{RTT} bytes/sec$

#### 发送方如何感知网络拥塞

出现拥塞：丢包——超时或3个冗余ACK

未出现拥塞：发送方收到ACK信息，网络状态良好，增加拥塞窗口的大小&longrightarrow;因此TCP被说成是自计时（self-clocking）

#### 改变发送速度的算法

##### 慢启动（slow start）

最开始**cwnd=1MSS**，$rate \approx \frac{cwnd}{RTT}$，最开始的带宽比rate大得多，cwnd每确认一个传输的报文段就增加1个MSS，相当于**指数增长**，不断加倍直到出现拥塞

**结束**

* 超时引起的丢包：ssthresh（慢启动阈值） = $\frac{cwnd}2$ ，cwnd=1，重新回到慢启动状态
* 当检测到cwnd&ge;ssthresh时，进入拥塞避免状态
* 3个冗余ACK引起的丢包：ssthresh = $\frac{cwnd}2$ ，cwnd=ssthresh+3MSS，进入快速恢复状态

##### 拥塞避免（congestion avoidance）

一轮RTT（发送方每收到1个ACK）增加1个MSS（**线性增长**）

**结束**

* 超时引起的丢包：ssthresh = $\frac{cwnd}2$ ，cwnd=1，重新回到慢启动状态
* 3个冗余ACK引起的丢包：ssthresh = $\frac{cwnd}2$ ，cwnd=ssthresh+3MSS，进入快速恢复状态

##### 快速恢复（fast recovery）

每收到一个冗余ACK，cwnd++

* 超时引起的丢包：ssthresh = $\frac{cwnd}2$ ，cwnd=1，重新回到慢启动状态
* 新的ACK：cwnd = ssthresh，进入拥塞避免状态

快速恢复属于非必须构件

【TCP Tahoe】（旧版本）：无快速恢复，只要出现丢包就cwnd=1，不用了

【TCP Reno】（新版本）：有快速恢复（对于3个冗余ACK），ssthresh = $\frac{cwnd}2$ ，cwnd=ssthresh+3MSS（很可能网络未出现严重拥塞，可以不从1开始）

**why cwnd=ssthresh+3MSS？**：收到3个冗余ACK，意味着有3个数据包离开网络抵达接收方缓存，即网络中减少了3个数据包，可以将拥塞窗口扩大

**TCP拥塞控制的FSM**

![image-20220502095504710.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/530703715.png)

* 超时进入慢启动
* 冗余进入快速恢复
* cwnd不为偶，除以2向下取整
* 当拥塞窗口接近超时事件出现前拥塞窗口的一半时，从指数增长转为线性增长

![image-20220502095741711.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/2394227408.png)

最后修改：2022 年 05 月 07 日

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Xherlock • 2022 年 05 月 07 日

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