[网络协议]计算机网络-拥塞控制

原理

{
非正式的定义：太多的数据需要网络传输，超过了网络处理能力

与流量控制不同

拥塞的表现
{
分组丢失(路由器缓冲区溢出)
分组经历比较长的延迟(在路由器的队列中排队)
}

网络问题前10位
}

拥塞原因

{
情况1：两个发送方和一台具有无穷大缓存的路由器
{
拥塞时分组延迟太大，达到最大的吞吐率。不会发生丢包，所以没有重传
}
情况2:两个发送方和一台具有有限缓存的路由器
{
发送方必须执行重传以补偿因为缓存溢出而丢失的分组。
发送方在遇到大时延时所进行的不必要重传会引起路由器利用其链路带宽来转发不必要的分组副本
}
情况3：4个发送方和具有有限缓存的多台路由器及多跳路径
{
当一个分组沿一条路径被丢弃时，每个上游路由器用于转发该分组到丢弃该分组而使用的传输容量最终被浪费掉了
}

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。即对资源的需求>可用资源

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；
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。

}

控制方法

{
TCP拥塞控制(端系统自身判断)
{
端系统根据延迟和丢失事件推断是否拥塞

在该方法中，网络层没有为运输层拥塞控制提供显式支持。即使网络中存在拥塞，端系统也必须通过对网络行为的观察（如分组丢失与时延）来推断之。TCP报文段的丢失（即通过超时或3次冗余确认而得知）被认为是网络拥塞的一个迹象，TCP会相应地减小其窗口长度。
}

网络辅助(网络告诉系统现在的拥塞判断)
{
1 直接反馈信息可以由网络路由器发给发送方。这种方式的通知通常采用了一种阻塞分组的形式
2 路由器标记或更新从发送方流向接收方的分组中的某个字段来指示拥塞的产生
}
}

TCP拥塞控制
{
a) 一个丢失的报文段表意味着拥塞，因此当丢失报文段时应当降低TCP发送方的速率
b) 一个确认报文段表指示该网络正在向接收方交付发送方的报文段，因此，当对先前未确认报文 段的确认到达时，能够增加发送方的速率
c) 带宽探测
d) TCP拥塞控制算法

慢启动
{
当一条TCP连接开始时，cwnd地值通常初始置为一个MSS的较小值

在慢启动状态下，cwnd的值以1个MSS开始并且每当传输的报文段首次被确认就增加一个MSS。即呈指数型增长。

慢启动结束的第一种情况：如果在一个由超时指示的丢包事件（即拥塞)，TCP发送方将cwnd设置为1并重新开始慢启动过程。它还将第二个状态变量的值ssthresh（“慢启动阈值”的速记）设置为cwnd/2，即当检测到拥塞时将ssthresh设置为cwnd的值的一半。

慢启动结束的第二种方式：直接与ssthresh的值相关联。因为当检测到拥塞时ssthresh设为cwnd的值一半，当到达或超过ssthresh的值时，继续使cwnd翻番可能有些鲁莽。因此，当cwnd的值等于ssthresh时，结束慢启动并且TCP转移到拥塞避免模式。当进入拥塞避免模式时，TCP更为谨慎地增加cwnd。

慢启动结束的第三种方式：如果检测到3个冗余ACK，这是TCP执行一种快速重传并进入快速恢复状态

}
拥塞避免
{
一旦进入拥塞避免状态，cwnd的值大约是上次遇到拥塞时的值的一半。

采用线性增长的方式，当出现超时时，TCP的拥塞避免算法行为相同。与慢启动情况一样，cwnd的值被设置为1个MSS，当丢包事件出现时，ssthresh的值被更新为cwnd值的一半。如果是由一个三个冗余ACK事件触发的丢包事件，TCP将cwnd的值减半（为使测量结果更好，计及已收到的3个冗余的ACK要加上3个MSS），并且当收到3个冗余的ACK，将ssthresh的值记录为cwnd的值的一半。接下来进入快速恢复状态。
}

快速恢复
{
在快速恢复中，对于引起TCP进入快速恢复状态的缺失报文段，对收到的每个冗余的ACK，cwnd的值增加一个MSS。最终，当对丢失报文段的一个ACK达到时，TCP在降低cwnd后进入拥塞避免状态。如果出现超时事件，快速恢复在执行如同在慢启动和拥塞避免中相同的动作后，迁移到慢启动状态；当丢包事件出现时，cwnd的值被设置为1个MSS，并且ssthresh的值设置为cwnd的一半。
}
}

传送门

计网第一章
{
计算机网络概述
计算机网络-Internet
网络核心
网络边缘
接入网和物理媒体
计算机网络-Internet结构和ISP
分组延时，丢失，吞吐量
协议层次及服务模型
}

计网第二章应用层
计算机网络-应用层概述及其原理
计算机网络-FTP文件传输协议
计算机网络-Web And HTTP
计算机网络-Email
计算机网络-DNS(Domain Name System)

计网第三章传输层
计算机网络-概述和传输层服务
计算机网络-多路复用和解复用
计算机网络-UDP(User Datagram Protocol 用户数据报)
计算机网络-可靠传输原理原理
计算机网络-TCP（Transmission Control Protocol）