计算机网络——TCP拥塞控制

前置概念：

MSS：TCP连接建立时，收发双方协商通信时每一个报文段所能承载的最大数据长度（不包括文段头）。
ACK：即接收方发送的确认字符，表示接收到的字符无错误。ACK是累计确认，当ACK为n，表示0 ~ n-1字节已经成功接收且无误，希望发送方下一次从Seq=n开始发送。
滑动窗口：为实现流水线可靠数据传输，使得发送方批量发送数据，接收方批量接收数据而引入。发送方窗口内数据包：(可发送&&未发送) || (已经发送&&未收到确认反馈)
RTT：一个数据包来回的时间

新概念：

拥塞窗口：一种滑动窗口，根据反馈实时调整大小，限制发送方发送速率，从而避免拥塞。
慢启动阶段：拥塞窗口从1个MSS开始，每接收到一个ACK后大小翻倍，指数增长。
拥塞避免阶段：拥塞窗口大小达到慢启动阀值后进入拥塞避免阶段。每经过一个RTT，滑动窗口大小+1个MSS，线性增长。
快重传：接收方收到失序的报文后，对已经成功接收到的报文段发送重复确认（冗余ACK）。发送方累计收到3个重复确认后，就知道重复确认的下一个报文段丢失，随即立刻重传。
快恢复：快重传后，通信双方可知网络中有个别报文段丢失，使用快恢复算法，设置阀值为当前窗口的一半，设置窗口大小为当前窗口的一半+3个MSS。快恢复后会进入拥塞避免阶段。

拥塞控制方法:

超时重发时，设置慢启动阀值为当前滑动窗口的一半，之后设置滑动窗口为1个MSS。
重复确认时（3个冗余ACK），执行快重传和快恢复，设置慢启动阀值为当前滑动窗口的一半，并设置滑动窗口大小为：慢启动阈值+3个MSS。乘性减小。
窗口大小阀值以下，慢启动，乘性增长；阀值以上，拥塞避免，线性增长

过程分析：

　　刚开始传输时，由于没有阀值，进入慢启动阶段，拥塞窗口指数增长。由于指数增长，因此一定会发生拥塞，部分数据包超出缓存而被丢弃，引发超时重传。超时后，拥塞窗口回到1个MSS，且此时有了阀值。1个MSS一定小于阀值，因此重新进入慢启动阶段，直到到达阀值。到达后，进入拥塞避免阶段，窗口随着时间线性增大（每经过一个RTT，+1个MSS）。

　　如果监测到3个冗余ACK，此时TCP执行快重传和快恢复，重新设置阀值（当前窗口的一半）和窗口大小（当前窗口的一半+3个MSS），此时拥塞窗口一定比阀值大3个MSS，因此仍然处于拥塞控制阶段，窗口大小线性增长。

　　如果监测到超时，拥塞窗口回到1个MSS，设置阀值，重新进入慢启动阶段。

TCP的相对公平性：

　　使用同一个路由器的各主机，按照拥塞控制模型，必定发生拥塞。利用拥塞避免阶段滑动窗口大小乘性减小的特点，速度快的主机先拥塞，乘性减小，给速度慢的主机提速反向超的机会。若速度快的和速度慢的同时拥塞，结果乘性减小后两者差距也会变小。