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拥塞控制原理

在学习TCP拥塞控制之前，首先看看拥塞控制的基本原理
拥塞控制非正式定义：“太多发送主机发送了太多数据或者发送速度太快，以至于网络无法处理”
表现：

• 分组丢失（路由器缓存溢出）
• 分组延迟过大（在路由器缓存中排队）

拥塞控制和流量控制都是网络中的TOP 10问题。

拥塞的成因和代价：

1.当两个senders,两个receivers共享一个路由器时，假设路由器无限缓存。
在这样的场景下不存在丢包，没有重传。
这样的场景下，拥塞时分组延迟太大（在路由器中排队...）

2.还是一个路由器，但路由器的缓存有限，sender就会重传分组。
代价：对给定的"goodput"，要做更多的工作（重传），由于丢失，造成资源的浪费

3.在多跳网络中，当分组被drop时，任何用于该分组的“上游”传输能力全都被浪费掉

拥塞控制的方法

端到端拥塞控制：

• 网络层(比如路由器等)不需要显示的提供支持
• 端系统通过观察loss（丢失）, delay（分组时延的增大）等网络行为判断是否发生拥塞。（然后端系统控制/管制自己的发送速率）
• TCP采取这种方法

网络辅助的拥塞控制：

• 路由器向发送方显示地反馈网络拥塞信息
• 简单的拥塞指示（1bit）：SNA， DECbit， TCP/IP ECN， ATM
• 指示发送方应该采取何种速率

ATM ABR拥塞控制

ABR：available bit rate

• “弹性服务”
• 如果发送方路径underloaded,使用可用带宽
• 如果发送方路径拥塞，将发送速率降到最低保障速率

RM resource management cells

• 发送方发送
• 交换机设置RM cell位（网络辅助）：NI bit：rate 不许增长 CI bit：拥塞指示
• RM cell由接收方返回给发送方

ATM ABR拥塞控制

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TCP 拥塞控制

面临三个问题：
1.发送方如何限制发送速率

2.CongWin:

• 动态调整以改变发送速率
• 反映所感知到的网络拥塞

问题：如何感知网络拥塞？

• Loss事件 = timeout或3个重复ACK
• 发生loss事件后，发送方降低速率

如何合理地调整发送速率？

• 加性增——乘性减：AIMD
• 慢启动：SS

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加性增——乘性减：AIMD

原理：逐渐增加发送速率，谨慎探测可用带宽，直到发生loss
方法：AIMD

• additive increase(增性加): 每个RTT将CongWin增大一个MSS——拥塞避免
  MSS最大段长度
• Multiplicative Decrease(乘性减):发生loss后将CongWin减半

TCP慢启动：SS

• TCP连接建立时，CongWin=1
  例如：MSS=500byte，RTT=200msec，初始速率=20k bps

• 可用带宽可能远远高于初始速率：希望快速增长

• 原理：当连接开始时，指数性增长(比加性增的线性增长要快的多)

• 指数性增长：

1.每个RTT将CongWin翻倍（初始时将拥塞窗口CongWin置为1）
2.收到每个ACK进行操作

-初始速率很慢，但是快速攀升

慢启动

Threshold变量

Loss事件的处理

3个重复ACKs：

• CongWin切到一半
• 然后线性增长
  Timeout事件：
• CongWin直接设为1个MSS
• 然后指数增长
• 达到threshold后，再线性增长

注：

• 3个重复ACKs表示网络还能够传输一些segments
• timeout事件表示拥塞更为严重

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TCP性能分析

公平性与UDP

• 多媒体应用通常不使用TCP，以免被拥塞控制机制限制速率
• 使用UDP：以恒定速率发送，能够容忍丢失
• 产生了不公平

公平性与并发TCP连接

• 某些应用会打开多个并发连接

• web浏览器

• 产生公平性问题

• 例子：链路速率为R，已有9个连接

• 假设新来的应用请求1个TCP，获得R/10的速率

• 假设新来的应用请求11个TCP，获得R/2的速率

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传输层的总结

传输层服务的基本原理

• 复用/解复用
• 可靠数据传输
• 流量控制
• 拥塞控制

Internet的传输层

• UDP
• TCP