[TOC] ## 拥塞控制概述 * 拥塞控制是用来提高网络利用率，降低丢包率，并保证网络资源对每条数据流的公平性。 * 拥塞控制的四个部分：**慢启动**，**拥塞避免**、快速重传和快速恢复 * 拥塞控制算法在Linux下的实现有：reno算法、vegas算法和cubic算法 ## 最终控制变量 拥塞控制最终受控变量是向发送端向网络一次连续写入（收到其中第一个数据的确认之前）的数据量，我们称为SWND（send window，发送窗口）。不过，发送端最终以TCP报文段来发送数据，所以SWND限定来发送端能连续发送的TCP报文段数量。这些TCP报文段的最大长度（仅指数据 部分）称为SMSS（Sender Maximum Segment Size,发送着最大段大小），其值一般等于MSS。 * 发送端需要合理选择SWND大小，SWND太小，会引起网络延迟，反之如果SWND太大，则容易导致网络拥塞。 * 可以通过接收通告窗口（RWND）来控制发送端的SWND。 * RWND控制发送端的SWND显然不够，发送端引入了一个称为拥塞窗口（Congestion Window，CWND）的状态变量。实际的SWND值是RWND和CWND中的较小者。 ## 慢启动和拥塞避免 TCP建立好之后，CWND将被设置成初始值IW（Initial Window），其大小为2——4恶搞SMSS。 ### 什么是慢启动 发送端最多能发送IW字节的数据，此后发送端每收到接收端的一个确认，其CWND就按照如下方式增加： ``` CWND += min(N, SMSS); ``` 其中N是此次确认中包含的之前违背确认的字节数，这样一来，CWND将按照指数形式扩大，这就是所谓的慢启动。 >慢启动算法的理由是，TCP模块刚开始发送数据时并不知道网络的实际情况，需要用一种试探的方式平滑地增加CWND的大小。 ### 什么是拥塞避免 * 如果不施加其他手段，慢启动必然使得CWND很快膨胀（可见慢启动其实不慢）并最终导致网络拥塞。 * TCP拥塞控制中定义了另一个重要的状态变量：慢启动门限（slow start threshold size， ssthresh）。当CWND的大小超过该值时，TCP拥塞控制将进入拥塞避免阶段。 * 拥塞避免算法是的CWND按照线性方式增加，从而减缓其扩大。 * 每个RTT时间内按照`CWND += min(N, SMSS);`计算新的CWND，而不讨论该RTT时间内发送端接收到多少个确认。 * 每收到一个对新数据的确认报文段，就按照`CWND += SMSS*SMSS/CWND`来更新CWND ### 判断拥塞发生的依据 发送端判断拥塞发送的依据有两个 * 传输超时，或者说TCP重传定时器溢出 * 接收到重复的确认报文段。 对第一种使用慢启动和拥塞避免，对第二种情况则采用快速重传和快速恢复。 >第二种情况如果发生在重传定时器溢出之后，则也被拥塞控制当成第一种情况来对待。 如果发送端检测到拥塞发生是由于传输超时，即上述第一种情况，那么它将执行重传并做如下调整 `ssthresh=max(FlightSize/2, 2*SMSS) CWND<=SMSS`，其中FlightSIze是已经发送但未收到确认的字节数，这样调整之后，CWND将小雨SMSS，那么也必然小于新的慢启动门限值ssthresh。它一定不小于SMSS的2倍），故而拥塞控制再次进入慢启动阶段。 ## 快速重传和快速恢复 拥塞控制算法需要判断当收到重复的确认报文段时，网络是否真的发生来拥塞，活着说TCP报文段是否真的丢失了，具体做法是：发送端如果连续收到3个重复报文段，就认为是拥塞发生了。然后它启动快速重传和快速算法来处理拥塞。 * 当收到第三个重复的确认报文段时，按照`ssthresh=max(FlightSize/2, 2*SMSS) CWND<=SMSS`计算ssthresh，然后立即重传丢失的报文段，并按照`CWND=ssthresh+3*SMSS`设置CWND * 每次收到1一个重复的确认时，设置CWND=CWND+SMSS。此时发送端可以发送新的TCP报文段（如果新的CWND允许的话） * 当收到新数据的确认时，设置CWND=ssthresh（ssthresh是新的慢启动门限值，由第一步计算得到） 快速重传和快速恢复完成之后，拥塞控制将恢复到拥塞避免阶段，这一点由第三步操作可得知。