TCP拥塞控制原理

一、拥塞控制的一般原理

1、产生拥塞的原因：在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就会变坏。即 $\sum$ 对资源的需求 $>$ 可用资源

$\nabla$ 注意拥塞控制与流量控制的区别：拥塞控制是防止过多的数据注入网络中，使得网络中路由器或链路不致过载，有一个前提是，网络能够承受现有的网络负荷，是一个全局性过程；流量控制是指点对点通信的控制，做的是抑制发送端发送数据的速率，便于接收端来得及接收。

2、拥塞控制是一个动态的过程，通常使用网络负载（单位时间输入给网络的分组数量）和吞吐量（单位时间从网络输出的分组的数量）来进行比较：
当网络负载 $>$ 吞吐量，网络进入拥塞，严重甚至会产生死锁。

二、TCP拥塞控制方法

主要有四种算法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。

1、慢开始和拥塞避免

基于窗口的拥塞控制，在发送方维护一个拥塞窗口（cwnd），大小等于发送窗口，通过出现了超时来判断网络出现拥塞。慢开始的思路是一开始发送方发送一个字节，在收到接收方的确认，然后发送的字节数量增大一倍（也就是按照指数增长的速率），从小到大逐步增大cwnd，直到cwnd 达到慢开始门限（ssthresh），停止慢开始算法，使用拥塞避免算法，拥塞避免算法思路是增长速率变为线性增长，也就是每经过一个往返时间RTT就把发送方的cwnd加1，所以综上：

当cwnd < ssthresh ，使用慢开始算法；
当cwnd = ssthresh，可以使用慢开始算法，也可以使用拥塞算法；
当cwnd > ssthresh，使用拥塞算法；

2、快重传和快恢复

通过上面两个算法可以使得网络传输速率一直增大，直到出现超时，这时候需要将cwnd重新调整到1个字节开始，使用慢开始算法，同时需要将慢开始门限ssthresh调整为cwnd（超时点）的一半，继续执行慢开始、拥塞避免算法。如果收到3-ACK（发送方一连接收到3个对同一个报文段的重复确认），这种可能的情况是，并不是发生了拥塞，可能是报文丢失，所以发送方不执行慢开始算法，直接使用快重传算法，立即发送缺失的报文段。同时执行快恢复算法，将门限值（ssthresh）调整为此时cwnd的一半，并执行拥塞避免算法。

三、总结

从宏观上看，在连接建立开始到连接终止这个过程中，TCP传输的速率需要流量控制和拥塞控制，共同调整发送方的窗口，所以最终发送方的发送窗口的上限值为Min（rwnd，cwnd）。而拥塞控制，主要调控发送方的网络负载和吞吐量的相对大小，从慢开始（指数增长，增长率大）、拥塞避免算法（线性增长，增长率不变）一直增大速率，期间算法切换条件是慢开始门限值（ssthresh），若此增大期间出现超时，都需要将ssthresh = cwnd / 2, cwnd = 1（之后执行慢开始算法）；若此增大期间出现3-ACK，则ssthresh=cwnd / 2, cwnd = ssthresh（之后执行拥塞避免算法），直至到连接终止结束。

思考一个问题：ssthresh是不是从一开始设立后只会减小，不会增大？