【计算机网络】第三章 传输层（4）
七．拥塞控制原理
1. 拥塞
（1）非正式定义：太多主机发送了太多数据或发送速度太快，以至于网络无法处理
（2）表现：分组丢失，分组延迟过大
（3）拥塞的成因和代价
·场景1：两个发送方，两个接收方，一个路由器，无限缓存，没有重传
- 拥塞时分组延迟太大，达到最大吞吐量
·场景2：一个路由器，有限缓存，发送方重传分组
a. 发送方通过某种机制获知路由器缓存信息，有空闲才发送：λin = λout
b. 丢失后才重发：λ’in > λout
c. 分组丢失和定时器超时后都重发：λ’in更大
- 拥塞的代价：对给定的好的输入（a），要做更多的重传工作，造成资源浪费
·场景3：四个发送方，多跳，超时重传
- 拥塞的代价：当分组被丢弃时，任何用于该分组上游的传输能力被浪费
2. 拥塞控制的方法
（1）端到端拥塞控制：TCP采用
·网络层不需要显式地提供支持
·端系统通过观察丢失和延迟等行为判断是否发生拥塞
（2）网络辅助的拥塞控制
·路由器向发送方显式地反馈网络拥塞信息
·简单的拥塞指示（1bit）：SNA，DECbit，TCP/IP ECN，ATM
·指示发送方应该采取何种速率
3. 案例：ATM ABR拥塞控制
（1）ABR（可用比特率）：弹性服务
·发送方路径欠载：使用可用带宽
·发送方路径拥塞：将发送速率降到最低保障速率
（2）RM（资源管理单元）：发送方发送
·交换机设置RM cell位（网络辅助），由接收方返回给发送方
- NI bit：发送方比特率不许增长
- CI bit：拥塞指示
·在RM cell中有显式的速率（ER）字段，共两个字节，拥塞的交换机可将其设为更低的值，令发送方获知路径所能支持的最小速率
·数据cell的EFCI位（拥塞置1）：若RM cell前的data cell的EFCI位置1，则发送方在返回的RM cell中置CI位
八．TCP拥塞控制
1. 基本原理
（1）发送方限制发送速率
·LastByteSent - LastByteAcked <= CongWin
·rate ≈ CongWin / RTT (Bps)
（2）CongWin
·动态调整以改变发送速率：加性增-乘性减（拥塞避免）机制AIMD，慢启动机制SS
·反映所感知到的网络拥塞：超时或3个重复ACK称为loss事件，发生loss后，发送方降低速率
（3）AIMD
·逐渐增加发送速率，谨慎探测可用带宽，直到loss
·发生loss后将CongWin减半
（4）SS
·当连接开始时，令拥塞窗口指数性增长
·每个RTT将CongWin翻倍，收到ACK进行操作
·初始速率很慢，但快速攀升
·当CongWin达到loss事件前值的1/2，即Threshold时，将指数增长换为线性增长
（5）Loss事件的处理
·3个重复ACK：CongWin切到一半后线性增长
·超时事件：CongWin设为1MSS，指数增长到threshold，线性增长
（6）TCP拥塞控制算法
（7）例题
2. TCP性能分析
（1）吞吐率：给定拥塞窗口大小和RTT，忽略慢启动
·假定发生超时时的CongWin大小为W，吞吐率为W / RTT
·超时后，CongWin大小为W / 2，吞吐率为W / 2RTT
·平均吞吐率为0.75W / RTT
（2）未来的TCP
·举例：
·吞吐率与丢包率的关系
（3）公平性
·K个TCP Session共享相同的瓶颈带宽R，每个Session的平均速率为R / K
·公平性与UDP：多媒体应用通常不使用TCP，UDP以恒定速率发送，能够容忍丢失，产生不公平
·公平性与并发TCP连接：某些应用会打开多个并发连接，产生公平性问题，如已有9个连接，新来的应用请求1个TCP，速率为R/2，请求11个TCP，速率为R/2
