tcp协议 拥塞控制

补充tcp协议与滑动窗口
咱们在向对端发送数据时，并非一股脑子任意发送，由于TCP创建链接后，就是创建了一根管道，这跟管道上，实际上有不少的工做设备，好比路由器和交换机等等，他们都会对接收到的TCP包进行缓存，以便实现排序，而后发送，可是这些设备并非只为一个TCP链接中转数据包，大量的网络包也许会耗尽存储空间，从而致使TCP链接的吞吐量急剧降低。为了不这种状况的发送，TCP的设计必须是一种无私的协议，它必须去探测这种网络拥塞的问题，不然咱们想一想，一旦出现拥塞（判断是否丢包或者是否发生重传），若是TCP只能作重传，那么重传数据包会使得网络上的包更多，网络的负担更重，因而致使更大的延迟以及丢更多的包，因而会进入一个恶性循环，若是网络上的全部TCP链接都是如此行事的话，那么立刻就会造成“网络风暴”，会拖垮整个网络，这也是一个灾难。那么TCP就应该可以检测出来这种情况，当拥塞出现时，要作自我牺牲，就像交通阻塞同样，每一辆车都应该把路给让出来，而不是再去抢路了。这说的就是拥塞控制。那是如何控制的呢？

首先，咱们得看TCP是如何充分利用网络的，TCP实际上就是逐步探测这个通道的传输的最大能力，这个逐步探索就是咱们要讲的慢启动算法，这个慢启动算法就是：新创建的链接不能一开始就大量发送数据包，而是应该根据网络情况，逐步地增长每次发送数据包的量。

具体的工做步骤就是：

• 慢启动算法：

  • 发送方维护一个拥塞窗口，刚开始时，这个拥塞窗口（cwnd，congestion window）设置为1，这个1表明是一个MSS个字节。
  • 若是每收到一个ACK，那么就指数增加这个cwnd（2,4,8,16,32,64）等，
  • 实际上不会这么一直指数级增加下去，TCP会设置一个慢启动的阈值(ssthresh，slow start threshold，65535个字节) ，当cwnd >= ssthresh时，进入拥塞避免阶段。

• 拥塞避免阶段

  • 每收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd；
  • 每当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1；

这样放缓了拥塞窗口的增加速率，避免增加过快致使网络拥塞，慢慢的增长调整到网络的最佳值。在这个过程当中若是出现了拥塞，则进入拥塞状态。
拥塞状态 那是如何判断出现拥塞状态呢？只要出现丢包就认为进入了拥塞状态。进入拥塞状态也分两种状况：
1） 等到RTO超时（重传超时），重传数据包。TCP认为这种状况太糟糕，反应也很强烈：

• sshthresh = cwnd /2
• cwnd 重置为 1
• 进入慢启动过程

快速重传
2）连续收到3个duplicate ACK时，重传数据包，无须等待RTO。此状况即为下面的快速重传。

【问题】什么状况下会出现3个duplicate ACK？

TCP在收到一个乱序的报文段时，会当即发送一个重复的ACK，而且此ACK不可被延迟。

若是连续收到3个或3个以上重复的ACK，TCP会断定此报文段丢失，须要从新传递，而无需等待RTO。这就叫作快速重传。

TCP Tahoe的实现和RTO超时同样。 TCP Reno的实现是：

• sshthresh = cwnd
• cwnd = cwnd /2
• 进入快速恢复算法——Fast Recovery

上面咱们能够看到RTO超时后，sshthresh会变成cwnd的一半，这意味着，若是cwnd<=sshthresh时出现的丢包，那么TCP的sshthresh就会减了一半，而后等cwnd又很快地以指数级增涨爬到这个地方时，就会成慢慢的线性增涨。咱们能够看到，TCP是怎么经过这种强烈地震荡快速而当心得找到网站流量的平衡点的。

快速恢复算法

• TCP Reno

这个算法定义在RFC5681。快速重传和快速恢复算法通常同时使用。快速恢复算法是认为，你还有3个Duplicated Acks说明网络也不那么糟糕，因此没有必要像RTO超时那么强烈。 注意，正如前面所说，进入Fast Recovery以前，cwnd 和 sshthresh已被更新：

• sshthresh = cwnd
• cwnd = cwnd /2

而后，真正的Fast Recovery算法以下：

• cwnd = sshthresh + 3 * MSS （3的意思是确认有3个数据包被收到了）
• 重传Duplicated ACKs指定的数据包
• 若是再收到 duplicated Acks，那么cwnd = cwnd +1
• 若是收到了新的Ack，那么，cwnd = sshthresh ，表明恢复过程结束，而后就进入了拥塞避免的算法了。

若是咱们仔细思考一下上面的这个算法，你就会知道，上面这个算法也有问题，那就是——它依赖于3个重复的Acks。注意，3个重复的Acks并不表明只丢了一个数据包，颇有多是丢了好多包。但这个算法只会重传一个，而剩下的那些包只能等到RTO超时，因而，进入了恶梦模式——超时一个窗口就减半一下，多个超时会超成TCP的传输速度呈级数降低，并且也不会触发Fast Recovery算法了。

• TCP New Reno

因而，1995年，TCP New Reno（参见 RFC 6582 ）算法提出来：

• 当sender这边收到了3个Duplicated Acks，进入Fast Retransimit模式，开发重传重复Acks指示的那个包。若是只有这一个包丢了，那么，重传这个包后回来的Ack会把整个已经被sender传输出去的数据ack回来。若是没有的话，说明有多个包丢了。咱们叫这个ACK为Partial ACK。
• 一旦Sender这边发现了Partial ACK出现，那么，sender就能够推理出来有多个包被丢了，因而乎继续重传sliding window里未被ack的第一个包。直到再也收不到了Partial Ack，才真正结束Fast Recovery这个过程。

咱们能够看到，这个“Fast Recovery的变动”是一个很是激进的玩法，他同时延长了Fast Retransmit和Fast Recovery的过程。