【计算机网络自顶向下方法】TCP拥塞控制算法_tcp的fsm

TCP拥塞控制算法

        算法包括三个主要部分：慢启动、拥塞避免、快速恢复。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。慢启动比拥塞避免能更快地增加cwnd的长度。快速恢复是推荐部分，对TCP发送发并非是必需的。

慢启动

        当一条TCP连接开始时，cwnd的值通常初始置为一个MSS的最小值，这就使得初始发送速率大约为MSS/RTT。例如，如果MSS=500字节且RTT=200ms,则得到的初始发送速率大约只有20kbps。由于对TCP发送方而言，可用带宽可能比MSS/RTT大得多，TCP发送方希望迅速找到可用带宽的数量。因此，在慢启动（slow-start）状态，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。如图所示，TCP向网络发送第一个报文段并等待一个确认。当该确认到达时，TCP发送方将拥塞窗口增加一个MSS,并发送出两个最大长度的报文段。这两个报文段被确认，则发送方对每个确认报文段将拥塞窗口增加一个MSS,使得拥塞窗口变为4个MSS,并这样下去。这一过程每过一个RTT,发送速率就翻倍。因此TCP发送速率起始慢，但在慢启动阶段以指数增长。

何时结束这种指数增长呢？

        首先，如果存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)设置为cwnd/2，即当检测到拥塞时将ssthresh置为拥塞窗口值的一半。

        慢启动结束的第二种方式是直接与ssthresh的值相关联。因为当检测到拥塞时ssthresh设为cwnd的值一半，当到达或者超过ssthresh的值时，继续使cwnd翻倍可能不合适。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。我们将会看到，当进入拥塞避免模式时，TCP更为谨慎地增加cwnd。

        最后一种结束慢启动的方式是，如果检测到3个冗余ACK,这时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，即距离拥塞可能不远。因此TCP无法每过一个RTT再将cwnd的值翻倍，而是采用了一种较为保守的方法，每个RTT只将cwnd的值增加一个MSS。

        增加MSS的方式，通用的方法是对于TCP发送方无论何时到达一个新的确认，就将cwnd增加一个MSS(MSS/cwnd)字节。例如如果MSS是1460字节并且cwnd是14600字节，则在一个RTT内发送10个报文段。每个到达ACK（假定每个报文段一个ACK）增加1/10MSS的拥塞窗口长度，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。但是核实应当结束拥塞避免的线性增长（每RTT 1MSS）呢？当出现超时时，TCP的拥塞避免算法行为相同。与慢启动的情况一样，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。然而，丢包事件也能由一个三个冗余ACK事件触发。在这种情况下，网络继续从发送方向接收方交付报文段。因此TCP对这种丢包事件的行为，相比于超时指示的丢包，应当不那么剧烈：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ACK要加上3个MSS），并且当收到3个冗余ACK,将ssthresh的值记录为cwnd的值为一半。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ACK,cwnd的值增加一个MSS。最终，当对丢失报文段的一个ACK到达时，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值的一半。快速恢复是TCP推荐的而非必须的。

TCP拥塞控制的FSM描述图