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 ≤ 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
$rate \approx \frac{cwnd}{RTT} bytes/sec$
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⟶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≥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
- 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
