TCP流量控制

作者：proing

原文地址：http://blog.csdn.net/proing/article/details/2149145

 

1. 前言

 

TCP是具備流控和可靠連接能力的協議，爲防止TCP發生擁塞或爲提高傳輸效率，在網
絡發展早期就提出了一些相關的TCP流控和優化算法，而且也被RFC2581規定是每個
TCP實現時要實現的。

 

本文中，爲求方便把將“TCP分組段(segment)”都直接稱爲“包”。

 

2. 慢啓動(slow start)和擁塞避免(Congestion Avoidance)

 

慢啓動和擁塞避免是屬於TCP發送方必須(MUST)要實現的，防止TCP發送方向網絡傳入大量的突發數據造成網絡阻塞。

先介紹幾個相關參數，是在通信雙方中需要考慮但不在TCP包中體現的一些參數：

擁塞窗口(congestion window，cwnd)，是指發送方在接收到對方的ACK確認前向允許網絡發送的數據量，數據發送後，擁塞窗口縮小；接收到對方的ACK後，擁塞窗口相應增加，擁塞窗口越大，可發送的數據量越大。擁塞窗口初始值的RFC2581中被規定爲不超過發送方MSS的兩倍，而且不能超過兩個TCP包，在RFC3390中更新了初始窗口大小的設置方法。

通告窗口(advertised window，rwnd)，是指接收方所能接收的沒來得及發ACK確認的數據量，接收方數據接收後，通告窗口縮小；發送ACK後，通告窗口相應擴大。

慢啓動閾值(slow start threshold, ssthresh)，用來判斷是否要使用慢啓動或擁塞避免算法來控制流量的一個參數，也是隨通信過程不斷變化的。

當cwnd < ssthresh時，擁塞窗口值已經比較小了，表示未經確認的數據量增大，需要啓動慢啓動算法；當cwnd > ssthresh時，可發送數據量大，需要啓動擁塞避免算法。

擁塞窗口cwnd是根據發送的數據量自動減小的，但擴大就需要根據對方的接收情況進行擴大，慢啓動和擁塞避免算法都是描述如何擴大該值的。

在啓動慢啓動算法時，TCP發送方接收到對方的ACK後擁塞窗口最多每次增加一個發送方MSS字節的數值，當擁塞窗口超過sshresh後或觀察到擁塞才停止算法。

啓動擁塞避免算法時，擁塞窗口在一個連接往返時間RTT內增加一個最大TCP包長度的量，一般實現時用以下公式計算：

      cwnd += max(SMSS*SMSS/cwnd, 1)            （2.1)

SMSS爲發送方MSS。

TCP發送方檢測到數據包丟失時，需要調整ssthresh，一般按下面公式計算：

      ssthresh = max (FlightSize / 2, 2*SMSS)    (2.2)

其中FlightSize表示已經發送但還沒有被確認的數據量。

 

3. 快速重傳(fast retransmit)和快速恢復(fast recovery)

TCP接收方收到錯序的TCP包時要發送複製的ACK包迴應，提示發送方可能出現網絡丟包；發送方
收到連續3個重複的ACK包後啓動快速重傳算法，根據確認號快速重傳那個可能丟失的包而不必等
重傳定時器超時後再重傳，普通的重傳是要等到重傳定時器超時還沒收到ACK才進行的。這個算
法是TCP發送方應該(SHOULD)實現的，不是必須。TCP發送方進行了快速重傳後進入快速恢復階段
，直到沒再接收重複的ACK包。

快速重傳和快速恢復具體過程爲：
1. 當收到第3個重複的ACK包時，ssthreh值按公式2.2重新設置；

2. 重傳丟失的包後，將擁塞窗口cwnd設置爲sshresh+3*SMSS，人工擴大了擁塞窗口；

3. 對於每個接收到的重複的ACK包，cwnd相應增加SMSS，擴大擁塞窗口；

4. 如果新的擁塞窗口cwnd值和接收方的通告窗口值允許的話，可以繼續發新包；

5. 當收到下一個ACK確認了新數據時，將cwnd大小調整爲sshresh，減少窗口；對接收方
   來說，接收到重發的TCP包後就要發此ACK確認當前接收的數據。

 

4. 結論

這些算法重點在於保持網絡的可靠性和可用性，防止網絡阻塞造成的網絡崩潰，是相對
比較保守的。