[TOC] ## 擁塞控制概述 * 擁塞控制是用來提高網絡利用率，降低丟包率，并保證網絡資源對每條數據流的公平性。 * 擁塞控制的四個部分：**慢啟動**，**擁塞避免**、快速重傳和快速恢復 * 擁塞控制算法在Linux下的實現有：reno算法、vegas算法和cubic算法 ## 最終控制變量 擁塞控制最終受控變量是向發送端向網絡一次連續寫入（收到其中第一個數據的確認之前）的數據量，我們稱為SWND（send window，發送窗口）。不過，發送端最終以TCP報文段來發送數據，所以SWND限定來發送端能連續發送的TCP報文段數量。這些TCP報文段的最大長度（僅指數據 部分）稱為SMSS（Sender Maximum Segment Size,發送著最大段大小），其值一般等于MSS。 * 發送端需要合理選擇SWND大小，SWND太小，會引起網絡延遲，反之如果SWND太大，則容易導致網絡擁塞。 * 可以通過接收通告窗口（RWND）來控制發送端的SWND。 * RWND控制發送端的SWND顯然不夠，發送端引入了一個稱為擁塞窗口（Congestion Window，CWND）的狀態變量。實際的SWND值是RWND和CWND中的較小者。 ## 慢啟動和擁塞避免 TCP建立好之后，CWND將被設置成初始值IW（Initial Window），其大小為2——4惡搞SMSS。 ### 什么是慢啟動 發送端最多能發送IW字節的數據，此后發送端每收到接收端的一個確認，其CWND就按照如下方式增加： ``` CWND += min(N, SMSS); ``` 其中N是此次確認中包含的之前違背確認的字節數，這樣一來，CWND將按照指數形式擴大，這就是所謂的慢啟動。 >慢啟動算法的理由是，TCP模塊剛開始發送數據時并不知道網絡的實際情況，需要用一種試探的方式平滑地增加CWND的大小。 ### 什么是擁塞避免 * 如果不施加其他手段，慢啟動必然使得CWND很快膨脹（可見慢啟動其實不慢）并最終導致網絡擁塞。 * TCP擁塞控制中定義了另一個重要的狀態變量：慢啟動門限（slow start threshold size， ssthresh）。當CWND的大小超過該值時，TCP擁塞控制將進入擁塞避免階段。 * 擁塞避免算法是的CWND按照線性方式增加，從而減緩其擴大。 * 每個RTT時間內按照`CWND += min(N, SMSS);`計算新的CWND，而不討論該RTT時間內發送端接收到多少個確認。 * 每收到一個對新數據的確認報文段，就按照`CWND += SMSS*SMSS/CWND`來更新CWND ### 判斷擁塞發生的依據 發送端判斷擁塞發送的依據有兩個 * 傳輸超時，或者說TCP重傳定時器溢出 * 接收到重復的確認報文段。 對第一種使用慢啟動和擁塞避免，對第二種情況則采用快速重傳和快速恢復。 >第二種情況如果發生在重傳定時器溢出之后，則也被擁塞控制當成第一種情況來對待。 如果發送端檢測到擁塞發生是由于傳輸超時，即上述第一種情況，那么它將執行重傳并做如下調整 `ssthresh=max(FlightSize/2, 2*SMSS) CWND<=SMSS`，其中FlightSIze是已經發送但未收到確認的字節數，這樣調整之后，CWND將小雨SMSS，那么也必然小于新的慢啟動門限值ssthresh。它一定不小于SMSS的2倍），故而擁塞控制再次進入慢啟動階段。 ## 快速重傳和快速恢復 擁塞控制算法需要判斷當收到重復的確認報文段時，網絡是否真的發生來擁塞，活著說TCP報文段是否真的丟失了，具體做法是：發送端如果連續收到3個重復報文段，就認為是擁塞發生了。然后它啟動快速重傳和快速算法來處理擁塞。 * 當收到第三個重復的確認報文段時，按照`ssthresh=max(FlightSize/2, 2*SMSS) CWND<=SMSS`計算ssthresh，然后立即重傳丟失的報文段，并按照`CWND=ssthresh+3*SMSS`設置CWND * 每次收到1一個重復的確認時，設置CWND=CWND+SMSS。此時發送端可以發送新的TCP報文段（如果新的CWND允許的話） * 當收到新數據的確認時，設置CWND=ssthresh（ssthresh是新的慢啟動門限值，由第一步計算得到） 快速重傳和快速恢復完成之后，擁塞控制將恢復到擁塞避免階段，這一點由第三步操作可得知。