1.拥塞窗口

发送方窗口的大小不仅取决于接收方,而、而且还取决于网络拥塞的情况。

发送方有2种信息:接收方通告的窗口大小和拥塞窗口的大小,实际的窗口大小事这两者中的最小者。

实际窗口大小 = min(rwnd,cwnd)

rwnd:接收窗口大小。

cwnd:拥塞窗口大小。

2.拥塞策略

TCP处理拥塞的一般策略基于3个阶段:慢速启动,拥塞避免和拥塞检测。

2.1.慢速启动:指数增长

TCP拥塞控制所使用的一种算法称为慢性启动(slow start),这种算法是基于这样的想法,它在开始时设置拥塞窗口大小(cwnd)
为一个最长段长度(MSS),每次接到一个确认时,窗口的大小就增加一个MSS值。窗口时慢速启动的,但是按指数规则增长。
下图说明了慢速启动的过程。(图中假设rwnd比cwnd大得多,这样发送方窗口大小永远等于cwnd,每段都是单独进行确认的)

开始:cwnd = 1
第一次传输后:cwnd =2
第二次传输后:cwnd=4
第三次传输后:cwnd=8
慢速启动不能一直继续下去,到达阈值必须停止该阶段。发送方保存一个称为ssthresh(慢速启动阈值)变量,当拥塞窗口中的字节达到这个
阈值时,慢速启动阶段结束而下一个阶段开始。在大多数实现中,ssthresh值是65536个字节。

2.2.拥塞避免:加性增加

如果我们以慢速启动算法开始,则拥塞窗口大小按指数规则增长。为了在拥塞发生之前避免拥塞,必须降低指数增长的速度。TCP定义了另一个
算法,称为拥塞避免(congestion avoidance),这个算法是加性增加(additive increase),而不是指数增加。当拥塞窗口的大小达到慢速启动
的阈值时,慢速启动阶段停止,加性增加阶段开始。在这个算法中,每次整个窗口所有段都被确认(一次传输)时,拥塞窗口才增加1。下图说明
了这个过程。


开始:cwnd = 1
第一次传输后:cwnd = 2
第二次传输后:cwnd = 3
第三次传输后:cwnd = 4

2.3.拥塞检测:乘性减少

如果发生拥塞,拥塞窗口的大小必须减少。发送方能推测出发生拥塞现象的唯一方法就是通过重传段的要求。可是重传是在两种情况下发生:重传计时器
到达或接受到三个ACK。在这二中情况下,阈值就下降一半,即乘性减少(multiplicative decrease)。大多数TCP实现包含2个反应:
1.如果计时器到达,那么存在非常严重的拥塞的可能性;一个段可能已在网络中丢失。
在这种情况下,TCP做出强烈的反应。
a.设置阈值为当前拥塞窗口大小的一半。
b.设置cwnd为一个段的大小。
c.启动慢速启动阶段。
2.如果接收到3个ACK,那么存在着轻度拥塞的可能性。一个段可能已经丢失,但自从接收到3个ACK后,有一些段可能已安全到达,这称为快速传送和快速恢复。
在这种情况下,TCP做出轻度的反应。
a.设置阈值为当前拥塞窗口大小的一半。
b.设置cwnd为阈值(有些实现是阈值加上3个段)
c.启动拥塞避免阶段。

下图给出了一个例子。


假定最大窗口是32个段,阈值时16个段(最大窗口的一半),在慢速启动阶段,窗口大小从1开始按指数规律增加知道它达到阈值。
当达到阈值后,拥塞避免(加性增加)过程允许窗口大小线性增长知道计时器到达或达到最大窗口的大小。在途中,当窗口为20时,
计时器到达。此时。进入乘性减少过程,将阈值设置为当前窗口的大小的一半,当计时器达到时,当前窗口大小为10,因此现在的
阈值为10。
TCP再次进入慢速启动,并设置窗口的大小为1,当达到新阈值(10)时,TCP进入加性增加阶段。当窗口大小为12时,3个ACK事件
发生,再次进入乘性减少过程,阈值设置为6,这时TCP进入加性增加阶段,该阶段一直维持到另一个计时器到时或者另外3个ACK
事件发生为止。

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