TCP拥塞控制

算法

TCP协议(英语:Transmission Control Protocol,缩写TCP)有两个比较重要的控制算法

  • 流量控制
  • 阻塞控制

TCP协议通过滑动窗口来进行流量控制,它是控制发送方的发送速度从而使接受者来得及接收并处理。而拥塞控制是作用于网络,它是防止过多的包被发送到网络中,避免出现网络负载过大,网络拥塞的情况。

TCP拥塞控制是传输控制协议避免网络拥塞的算法,是互联网上主要的一个拥塞控制措施。它使用一套基于线增积减模式的多样化网络拥塞控制方法(包括慢启动和拥塞窗口等模式)来控制拥塞。在互联网上应用中有相当多的具体实现算法。

  • TCP Tahoe 和 Reno
  • TCP Vegas
  • TCP New Reno
  • TCP Hybla
  • TCP BIC 和 CUBIC
  • TCP Westwood 和 Westwood+
  • Compound TCP
  • TCP PRR
  • TCP BBR

查看内核允许运行的TCP拥塞控制算法(一般来说,都会支持Reno/Cubic)

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_allowed_congestion_control
reno cubic

查看内核中正在运行的TCP拥塞控制算法

# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_congestion_control
cubic

算法中可以使用的拥塞控制的方法

  • 拥塞窗口
  • 慢启动/ssthresh
  • 和式增加,积式减少
  • 快速重传

举例

1988年 V.Jacobson提出了,慢启动和拥塞避免的算法。后期对TCP传输协议算法不断优化改进。目前使用最广泛的TCP Reno拥塞控制主要分为4个阶段:

1)慢启动阶段: cwnd呈现指数增长趋势

2)拥塞避免阶段:cwmd>ssthresh 呈现线性增长趋势

3)快重传阶段:发送方只要一连接收到三个重复确认就应该立即重传对方尚未的报文段,而不必等到重传计时器超时后发送。由3个重复应答判断有包丢失,重新发送丢包的信息。

4)快速恢复阶段:主要决定于收到的重复应答数据的初始门限值(一般为3)

与慢启动不同,Reno的发送方用额外到达的应答为后续包定时。

发送方窗口的上限值=min【接收方窗口,拥塞窗口】

整个reno过程见下图:

RENO

注意几点:

  1. 算法的目标:发送窗口无限趋近于BDP
  2. 通信双方可以使用不同的拥塞算法
  3. 不同的算法,反馈机制不同,有的是基于丢包的,有的是基于延时统计,有的是基于路由器反馈信息
  4. 不同的算法,适用与不同的网络环境