传输层-第五节：TCP拥塞控制

Posted 2023-03-08 快乐江湖

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了传输层-第五节：TCP拥塞控制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

一：拥塞控制概述
二：拥塞控制四大算法

本节对应视频如下

【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：TCP拥塞控制

一：拥塞控制概述

拥塞控制：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，网络性能就要变坏。这种情况就叫做拥塞。在计算机网络中的链路容量(即带宽)、交换结点中的缓存和处理机等，都是网络的资源。若出现拥塞而不进行控制，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降，这便是拥塞控制的作用如下图，横坐标是输入负载，代表单位时间内输入给网络的负载数量，纵坐标是吞吐量，代表单位时间内从网络输出的分组量

具有理想拥塞控制的网络

在吞吐量达到饱和之前，网络吞吐量应该等于所输入的负载，故吞吐量是45度的斜线
当输入负载超过某一限度时，由于网络资源受限，吞吐量就不再增长而保持水平，也就是吞吐量达到饱和，这就表明输入的负载中有一部分损失掉了，例如输入到网络中的某些分组被某个结点丢弃了

对于实际情况中的网络

随着输入负载的增大，网络吞吐量的增长率逐渐减小，也就是在网络吞吐量还未达到饱和之前，就已经有一部分输入分组被丢弃了
当网络吞吐量明显小于理想吞吐量时，网络就进入了轻度拥塞状态
当输入负载达到某一数值时，网络吞吐量反而随输入负载的增大而减小，这时网络就进入了拥塞状态
当输入负载继续增大到某一数值时，网络的吞吐量就减小为0，此时网络便瘫痪了

因此进行拥塞控制是非常有必要的，实际的拥塞控制曲线应该尽量接近理想的拥塞控制曲线

二：拥塞控制四大算法

下面我们介绍四种拥塞控制算法的基本原理，假定如下条件

数据是单方向传送，而另一个方向只传送确认
接收方总是有足够大的缓存空间，因而发送方发送窗口的大小由网络的拥塞程度来决定
以最大报文段MSS的个数为讨论问题的单位，而不是以字节为单位

如下图，发送方向接收方发送TCP数据报文段，接收方收到后给发送方发送TCP确认报文段

（1）慢开始和拥塞避免

发送方维护一个叫做拥塞窗口cwnd的状态变量，其值取决于网络的拥塞程度，并且动态变化

拥塞窗口cwnd的维护原则：只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口就再增大一些；只要网络出现拥塞，拥塞窗口就减少一些
判断出现网络拥塞的依据：没有按时收到应当到达的确认报文(即发生超时重传)

发送方将拥塞窗口作为发送窗口swnd，即swnd = cwnd。同时还需要维护一个慢开始门限ssthresh状态变量

当cwnd < ssthresh时：使用慢开始算法;
当cwnd > ssthresh时：停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法;
当cwnd = ssthresh时：既可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法

为了更清晰地展示出拥塞控制过程，我们还可以绘制出一副拥塞窗口随传输轮次变化的图

横坐标为传输轮次：是指发送方给接收方发送数据报文段后，接收方给发送方发回相应的确认报文段，一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间（并非固定）。使用传输轮次是为了强调把拥塞窗口所允许发送的报文段都连续发送出去并收到了对已发送的最后一个报文段的确认
纵坐标是拥塞窗口：它会随网络拥塞程度以及所使用拥塞控制算法动态变化