TCP 流量控制 和拥塞控制

TCP 流量控制

1. 一条TCP连接的每一侧主机都为该连接设置了接收缓存。
2. 当TCP连接收到正确、按序的字节后，它就将数据放入接收缓存。
3. 相关联的应用进程会从该缓存中读取数据，但不必是数据刚一到达就立即读取。
4. TCP为它的应用程序提供流量控制服务，以消除发送方使接收方应用缓存溢出的可能性。
5. 假设TCP接收方丢弃失序的报文段。

TCP让发送方维护一个称为 接收窗口 的变量（2B）
接收窗口给发送方一个提示： 该接收方还有多少可用的缓存空间，接收缓存用RcvBuffer表示其大小。

LastByteRcv - lastByteRead <= rcvBuffer
主机A轮流跟踪两个变量LastByteSent和LastByteAcked，主机A发送到连接中但是还未被确认的数据量。
主机A在连接的整个生命过程中需要保证 LastByteSent - LastByteAcked <= rwnd。
当cwnd == 0当时候，主机A继续发送只有一个字节数据的报文段，这些报文段会被接收方进行确认。

TCP 拥塞控制

拥塞： congestion
在一个发送方中未被确认的数据量会小于 min(cwnd, rwnd)
TCP拥塞控制算法包括3个主要部分： 1. 慢启动 2. 拥塞避免 3. 快速恢复

1. 慢启动

当一条TCP连接开始时，cwnd的值通常初始值置为一个MSS的较小值， 使初始发送速率为MSS/RTT
假设MSS=500B，RTT=200ms，那么发送速率约为220kbps，远小于带宽，TCP希望发送方迅速找到可用带宽的数量。
慢启动： cwnd的值以1个MSS开始，并且每当传输的报文段首次被确认就增加一个MSS。
比如一个发过去了，然后下一次发了2个，然后收到2个，然后就会发4个MSS。
这个过程是指数增长的。

何时结束这种指数增长？

1. 存在一个由超时指示的丢包事件
   TCP发送方将cwnd=1，并重新开始慢启动过程
   将ssthresh = cwnd/2，将监测到拥塞时将ssthresh设置为拥塞窗口的一半
2. 与ssthresh相关联,cwnd = ssthresh 时
   结束慢启动，将TCP转移到拥塞避免模式
   当TCP处于拥塞避免模式时，TCP会更为谨慎的增加cwnd。
3. 当监测到3个冗余ACK时，这时TCP执行一种快速重传
   由慢启动状态进入到快速恢复状态

2. 拥塞避免

当进入到拥塞避免状态时，cwnd的值大约变为上次遇到拥塞值时的一半，距离拥塞可能并不遥远。
TCP无法每过一个RTT将cwnd的值提高一倍，每个RTT只将cwnd的值增加一个MSS。完成方式有：

1. 对于TCP发送方无论何时到达的一个确认，就将cwnd增加一个MSS * （MSS/cwnd）字节。
   假设MSS = 1460B, CWND= 14600B, 则在一个RTT内发送10个报文段。每个到达ACK增加（1/10） *MSS的拥塞窗口长度。
   何时结束拥塞避免的线性增加？
2. 出现超时时
   ssthresh = cnwd/2
   cwnd = 1， 然后进入慢启动过程
3. 当监测到3个ACK时，cwnd也要收到3个MSS，
4. TCP Tahoe版本： ssthresh变为cwnd 的一半， cwnd = 1 ->进入慢启动状态
5. TCP Reno版本： ssthresh 变为cwnd的一半，cwnd = ssthresh + 3 -> 快速恢复版本->进入拥塞避免状态

3. 快速恢复

对于引起TCP进入快速恢复状态的缺失报文段，对收到的每个冗余的ACK，cwnd的值增加一个MSS。
最终，当对丢失报文段的一个ACK到达时，TCP在降低cwnd后进入拥塞避免状态。