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TCP的拥塞控制(详解)

在某段时间,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络性能就要变坏,这种情况就叫做网络拥塞。

在计算机网络中数位链路容量(即带宽)、交换结点中的缓存和处理机等,都是网络的资源。

若出现拥塞而不进行控制,整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。

 

 

当输入的负载到达一定程度 吞吐量不会增加,即一部分网络资源会丢失掉,网络的吞吐量维持在其所能控制的最大值,转发节点的缓存不够大这造成分组的丢失是拥塞的征兆。
TCP的四种拥塞控制算法
1.慢开始
2.拥塞控制
3.快重传
4.快恢复
假定:
1.数据是单方向传送,而另一个方向只传送确认
2.接收方总是有足够大的缓存空间,因而发送发发送窗口的大小由网络的拥塞程度来决定
3.以TCP报文段的个数为讨论问题的单位,而不是以字节为单位

 

 

示例如下:
传输轮次:发送方给接收方发送数据报文段后,接收方给发送方发回相应的确认报文段,一个传输轮次所经历的时间就是往返时间RTT(RTT并非是恒定的数值),使用传输轮次是为了强调,把拥塞窗口cwnd所允许发送的报文段都连续发送出去,并收到了对已发送的最后一个报文段的确认,拥塞窗口cwnd会随着网络拥塞程度以及所使用的拥塞控制算法动态变化。

在tcp双方建立逻辑链接关系时, 拥塞窗口cwnd的值被设置为1,还需设置慢开始门限ssthresh,在执行慢开始算法时,发送方每收到一个对新报文段的确认时,就把拥塞窗口cwnd的值加一,然后开始下一轮的传输,当拥塞窗口cwnd增长到慢开始门限值时,就使用拥塞避免算法。

慢开始:
假设当前发送方拥塞窗口cwnd的值为1,而发送窗口swnd等于拥塞窗口cwnd,因此发送方当前只能发送一个数据报文段(拥塞窗口cwnd的值是几,就能发送几个数据报文段),接收方收到该数据报文段后,给发送方回复一个确认报文段,发送方收到该确认报文后,将拥塞窗口的值变为2,

发送方此时可以连续发送两个数据报文段,接收方收到该数据报文段后,给发送方一次发回2个确认报文段,发送方收到这两个确认报文后,将拥塞窗口的值加2变为4,发送方此时可连续发送4个报文段,接收方收到4个报文段后,给发送方依次回复4个确认报文,
发送方收到确认报文后,将拥塞窗口加4,置为8,发送方此时可以连续发送8个数据报文段,接收方收到该8个数据报文段后,给发送方一次发回8个确认报文段,发送方收到这8个确认报文后,将拥塞窗口的值加8变为16,

当前的拥塞窗口cwnd的值已经等于慢开始门限值,之后改用拥塞避免算法。

拥塞避免:
也就是每个传输轮次,拥塞窗口cwnd只能线性加一,而不是像慢开始算法时,每个传输轮次,拥塞窗口cwnd按指数增长。同理,16 1……直至到达24,假设24个报文段在传输过程中丢失4个,接收方只收到20个报文段,给发送方依次回复20个确认报文段,一段时间后,丢失的4个报文段的重传计时器超时了,发送发判断可能出现拥塞,更改cwnd和ssthresh.并重新开始慢开始算法,如图所示:

 

 

 

 

快速重传:
发送方发送1号数据报文段,接收方收到1号报文段后给发送方发回对1号报文段的确认,在1号报文段到达发送方之前,发送方还可以将发送窗口内的2号数据报文段发送出去,接收方收到2号报文段后给发送方发回对2号报文段的确认,在2号报文段到达发送方之前,发送方还可以将发送窗口内的3号数据报文段发送出去,

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假设该报文丢失,发送方便不会发送针对该报文的确认报文给发送方,发送方还可以将发送窗口内的4号数据报文段发送出去,接收方收到后,发现这不是按序到达的报文段,因此给发送方发送针对2号报文段的重复确认,表明我现在希望收到的是3号报文段,
但是我没有收到3号报文段,而收到了未按序到达的报文段,发送方还可以将发送窗口中的5号报文段发送出去,接收方收到后,发现这不是按序到达的报文段,因此给发送方发送针对2号报文段的重复确认,表明我现在希望收到的是3号报文段,但是我没有收
到3号报文段,而收到了未按序到达的报文段,,发送方还可以将发送窗口内的最后一个数据段即6号数据报文段发送出去,接收方收到后,发现这不是按序到达的报文段,因此给发送方发送针对2号报文段的重复确认,表明我现在希望收到的是3号报文段,但
是我没有收到3号报文段,而收到了未按序到达的报文段,
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此时,发送方收到了累计3个连续的针对2号报文段的重复确认,立即重传3号报文段,接收方收到后,给发送方发回针对6号报文的确认,表明,序号到6为至的报文都收到了,这样就不会造成发送方对3号报文的超时重传,而是提早收到了重传。

 

 

 

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