重傳的講究-TCP 擁塞控制

作者:林沛滿
出處:Wireshark網(wǎng)絡(luò)分析就是這么簡單

網(wǎng)絡(luò)之所以能限制發(fā)送窗口,是因為它一口氣收到太多數(shù)據(jù)時就會擁塞。擁塞的結(jié)果就是丟包,這是發(fā)送方最忌憚的。能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞的數(shù)據(jù)量成為擁塞點,反送方當(dāng)然希望把發(fā)送窗口控制在擁塞點之下,這樣就能避免擁塞了。但問題是連網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都不知道自己的擁塞點,即便知道了也無法通知發(fā)送方。這種情況下,發(fā)送方如何避免觸碰擁塞點呢?

方案1. 發(fā)送方知道自己的網(wǎng)卡帶寬,能否以此推測該連接的擁塞點?

不能。因為發(fā)送方和接收方之間還有路由器和交換機,其中任何一個設(shè)備都可能是瓶頸。比如發(fā)送方的網(wǎng)卡是10Gbit/s,而接收方只有1Gbit/s,如果按照10Gbit/s計算肯定會出問題。就算用1Gbit/s來計算也沒有意義,因為網(wǎng)絡(luò)帶寬是多個連接共享的,其他連接也會占用一定帶寬。

方案2. 逐次增加發(fā)送量,知道網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞,這樣得到的最大發(fā)送量能定為該連接的擁塞點嗎?

這是一個好方法,但沒有這么簡單。網(wǎng)絡(luò)就像馬路一樣,有的時候很堵,有的時候很空。所以擁塞點是隨時改變的動態(tài)值。
經(jīng)過幾代人的努力,總算有了一個最靠譜的策略。這個策略就是在發(fā)送方維護一個虛擬的擁塞窗口,并利用各種算法是它盡可能接近擁塞點。網(wǎng)絡(luò)對發(fā)送窗口的限制,就是通過擁塞窗口實現(xiàn)的。下面我們就來看看擁塞窗口如何維護。

擁塞控制的過程分為四個階段:慢啟動、擁塞避免、快重傳和快恢復(fù)

  1. 慢啟動過程思路是不要一開始就發(fā)送大量的數(shù)據(jù),如果一口氣發(fā)太多數(shù)據(jù)就可能遭遇擁塞,所以發(fā)送方把擁塞窗口的初始值定得很小。RFC的建議是2個、3個或者4個MSS,具體視MSS大小而定。
    如果發(fā)出去的包都得到確認(rèn),表明還沒有達到擁塞點,可以增大擁塞窗口。由于這個階段發(fā)生擁塞的概率很低,所以增速應(yīng)該快一些。RFC建議的是每收到n個確認(rèn),可以吧擁塞窗口增加n個MSS。這個過程增速很快,但是由于技術(shù)低,傳輸速度還是比較慢的,所以被稱為慢啟動過程。若出現(xiàn)丟包,則將擁塞窗口減半,進入擁塞避免階段;
  2. 慢啟動過程持續(xù)一段時間后,擁塞串口達到一個比較大的值。這個時候傳輸速度比較快,觸碰擁塞點的概率也大了,所以不能采用翻倍的慢啟動算法,而是要緩慢一點。RFC建議的算法是在每個往返時間增加1個MSS。這個階段叫擁塞避免過程
  3. 當(dāng)收到對一個報文的三個重復(fù)的 ACK 時,認(rèn)為這個報文的下一個報文丟失了,進入快重傳階段,要求接收方在收到一個失序的報文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn)(為的是使發(fā)送方及早知道有報文段沒有到達對方,可提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量約20%)而不要等到自己發(fā)送數(shù)據(jù)時捎帶確認(rèn);
  • RFC5681 則認(rèn)為,快重傳之后,進入快恢復(fù)階段,為了不該剛發(fā)生擁塞的網(wǎng)絡(luò)雪上加霜,建議把擁塞窗口降到1個MSS,然后再次進入慢啟動過程。
  • 在《TCP/IP Illustrated》中,Richard Stevens認(rèn)為:快重傳完成后進入快恢復(fù)階段,將臨界窗口值修改為當(dāng)前擁塞窗口值的一半,從這個臨界窗口值開始,繼續(xù)進入擁塞避免階段,重復(fù)上述過程。

其他參考資料:

  1. 面試頭條你需要懂的 TCP 擁塞控制原理
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