传输层7——TCP拥塞控制（重点！！！）

一、认识拥塞控制

1、什么叫做拥塞？

2、拥塞的特点

3、流量控制 VS 拥塞控制

二、TCP如何防止拥塞？

1、慢开始

2、拥塞避免

3、3重复确认和快重传算法

4、快恢复算法

5、总结

三、主动队列管理AQM

1、技术背景

2、AQM思

想和实现策略

一、认识拥塞控制

1、什么叫做拥塞？

需求超过可供资源，即不够用
例如车太多，路不够宽，即拥塞

资源不够，我增加资源量不就行了吗？
不行。
例如：
一，增加节点缓存
可处理机处理速度跟不上导致排队
排队久了导致数据重传
重传导致更多数据发到网络
更加拥堵

二、增加处理机处理速度
处理机快了，他没问题了，不代表其他地方没问题
依旧可能拥塞

好，你可能会疑惑，单个优化解决不了问题
那我tm全部都提高不就行了吗？
我速度加快，缓存加大，传输加快，你变快，我变大，统统加快加大
岂不妙哉？
谬也。
这样是能够容许更大的流量
可是，容量总是有限的，并不能无穷无尽
同时，更大的容量将会导致更大拥塞，造成更大的损失

所以，不能从根本上消除拥塞
因此，只能尽量避免拥塞
同时，拥塞会趋于恶化
例如路由器没有足够缓存，就会丢弃分组
于是发送方重传
导致更多的数据进入网络交通中
更堵

2、拥塞的特点

拥塞的控制是困难的，改进某个局部，
可能会对其他局部带来影响
因此，拥塞控制需要全盘考虑
这是十分复杂的

常注意的几个点：
1、分组的分组是拥塞表现，而不是原因
2、拥塞控制机制本身往往导致了网络拥塞的发生
3、开环控制：设计初期，考虑全局，一旦运行，力求不拥塞
4、闭环控制：不求消除拥塞，而是动态调节，力求避免拥塞（其实就是自主反馈调节机制）

闭环控制方式对拥塞的措施：
1、检测网络，以便知道何时、何地发生拥塞
2、把拥塞信息传到不拥塞，可以处理的地方
3、根据反馈，调节系统运行，消除拥塞

要动态检测网络是否拥塞，以及时反馈，总得有个标准
一些常见的拥塞标注：
丢失分组数、超时重传的分组数、平均分组时延等
这不重要，指标很多，略微分析即可

3、流量控制 VS 拥塞控制

拥塞控制是全局性的问题
是某一个地方除了问题，影响了全局的运行
因此属于全局性的协调
涉及所有人

流量控制仅仅是TCP链接双方的问题
是端对端之间出了问题
仅仅设计这俩货

二、TCP如何防止拥塞？

有四种机制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复
将上述四种机制加以合适的方法进行搭配使用
即可达到消除拥塞，修正系统，通畅运行的妙用！

在讲解机制之前，需要了解的相关知识：
首先，发送方维持一个拥塞窗口cwnd，拥塞窗口取决于拥塞程度
其次，使发送窗口==拥塞窗口cwnd
一般来说，只要没有拥塞，就尽量增大拥塞窗口，以发送更多数据
相反，拥堵则减少

发送方如何得知到底发生拥塞了没有？
如何判断？
一般网络拥塞，就会导致路由器来不及处理
从而丢掉分组
可是，现代通信的传输质量很高
分组丢失的概率远小于1%
于是，只要发送的超时计时器超过时间
就可以判断网络发生了拥塞
因此，对发送方来说：网络拥塞的标志是：重传超时

1、慢开始

从小到大逐渐增加发送窗口
那么一开始设置多大呢？
SMSS：发送方最大报文段。单位，字节

慢开始阶段的初始cwnd设置规则

SMSS（字节）	初始cwnd值（单位：SMSS）
SMSS > 2190	2 SMSS
1095 < SMSS ≤ 2190	3 SMSS
SMSS ≤ 1095	4 SMSS

拥塞窗口的单位实际上是字节数
慢开始规定：
每收到一个新的报文段，拥塞窗口最多增加1个SMSS大小（重传不算）
因此，每一次拥塞窗口增加的字节数一定小于等于SMSS

慢开始的机制，使得一开始并不发送很多的数据
而是逐步增加，称为慢开始
为了防止cwnd增加过大，该机制还设置了慢开始门限ssthresh
即发送窗口最大容量

只要慢开始的拥塞窗口大于ssthresh慢开始门限，则启动拥塞避免机制

2、拥塞避免

机制：每经过一个RTT时间，拥塞窗口增加1
慢开始则是每经过一个RTT时间，确认多少，增加多少
拥塞避免并非消除拥塞，只是减缓拥塞窗口增长速度，使网络不容易拥塞

当慢开始拥塞窗口大于门限，启动拥塞避免
让拥塞窗口增加的慢一点

而当拥塞避免运行到一定程度，拥塞窗口大到一定程度后
发送方开始出现重传超时
于是，判断网络拥塞
怎么办？
调整门限、拥塞窗口cwnd设为1、执行慢开始算法
调整多少？
门限减一半，ssthresh /= 2

因此，如上述，慢开始和拥塞避免两种机制反复交替运行
就可以达到减少拥塞发生的情况

快重传、快恢复：啊？？？？那我呢？？？

事实上，仅仅靠慢开始和拥塞控制并不能真正的减少拥塞
还有新的问题，还有高手

3、3重复确认和快重传算法

如图：

当时传送到M3时，分组丢失；但是事实上并没有发生拥塞
仅仅只是意外丢了一个分组M3
此时如果发送方迟迟收不到确认，就会导致超时重传
于是，判定网络阻塞，执行慢开始算法，导致降低传输效率

此时，
对于接收方，每收到一个数据分组
不论该数据分组是否是有序到达，接收方必须即时回发确认分组
于是，在超时重传时间内，
发送方就会收到多个对同一个报文的确定报文
于是，当发送方收到3个对同一个报文的确认报文时
就认为现在并未出现网络拥塞，
而是仅仅少接收一个报文段M3
因此，启动快重传算法：立即进行重传M3
同时，不启动慢开始，而是启动快恢复算法