基于TCP Reno的拥塞控制的基本原理-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于TCP Reno的拥塞控制的基本原理。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

TCP的一个关键部分就是拥塞控制机制，因为IP层不向端系统提供显式的网络拥塞反馈，因此TCP必须使用端到端拥塞控制而不是使用网络辅助的拥塞控制。TCP Reno 就是广受赞誉的TCP拥塞控制算法，该算法主要由三部分组成：
1.慢启动；2. 拥塞避免；3.快速回复。
慢启动和拥塞避免是TCP的强制部分，两者的差异在于对收到的ACK做出反应时增加cwnd长度的方式，我们会发现慢启动比拥塞避免更快地增加cwnd的长度，快速回复为推荐部分，对TCP发送方并非是必需的。

1.慢启动

慢启动是建立TCP连接后，采用的第一个调整发送速率的算法（模式）。在这个阶段，cwnd通常被初始化为1MSS(Maximum Segment Size),用于对TCP发送方而言，可用带宽可能比MSS/RTT大的多，慢启动的目的就是尽快找到上限。
在慢启动阶段，发送方每接收到一个确认报文，就会将cwnd增加1MSS的大小，于是其情况就为：

初始cwnd=1MSS，所以可发送一个TCP最大报文段，成功确认后，cwnd = 2MSS；
此时可发送两个TCP最大报文段，成功接收后，cwnd = 4 MSS；
此时可发送四个TCP最大报文段，成功接收后，cwnd = 8 MSS ……

由于TCP是一次性将窗口内的所有报文发出，所以所有报文都到达并被确认的时间，近似的等于一个RTT。所以在这个阶段，拥塞窗口cwnd的长度将在每过一个RTT后，发送速率翻倍。因此TCP发送速率起始慢，但在慢启动发送速率将以指数级别增长。那在这个过程中何时结束这种指数增长，这又分几种情况：

第一种：若在慢启动的过程中，发生了数据传输超时(timeout)，则此时TCP将ssthresh的值设置为cwnd / 2，然后将cwnd重新设置为1MSS，重新开始慢启动过程，这个过程可以理解为试探上限；
第二种：第一步试探出来的上限ssthresh将用在此处。若cwnd的值增加到>= ssthresh时，此时若继续使用慢启动的翻倍增长方式可能过于鲁莽，所以这个时候结束慢启动，改为拥塞避免模式；
第三种：若发送方接收到了某个报文的三次冗余ACK（即触发了快速重传的条件），则进入到快速恢复阶段；同时，ssthresh = cwnd / 2，然后cwnd = ssthresh + 3MSS；

2.拥塞避免

刚进入拥塞避免模式时，cwnd的大小近似的等于上次拥塞时的值的一半，即距离拥塞可能并不遥远。所以，拥塞避免是一个速率缓慢且线性增长的过程，在这个模式下，每经历一个RTT，cwnd的大小增加1MSS。也就是说，假设cwnd包含10个报文的大小，则每接收到一个确认报文，cwnd增加1/10 MSS，因此在收到对所有10个报文段的确认后，拥塞窗口的值将增加一个MSS。那在这个过程中何时结束这种线性增长，这又分几种情况：

第一种：在这个过程中，发生了超时，则表示网络拥塞，这时候，ssthresh被修改为cwnd / 2，然后cwnd被置为1MSS，并进入慢启动阶段；
第二种：若发送方接收到了某个报文的三次冗余ACK（即触发了快速重传的条件），此时也认为发生了拥塞, 则进入到快速恢复阶段；同时，ssthresh = cwnd / 2，然后cwnd = ssthresh + 3MSS；