擁塞控制是重要的傳輸層服務，一定要記住！！
一、擁塞控制原理
1. 擁塞（Congestion）
- 非正式定義：太多發送主機發送了太多數據或者發送速度太快，以至於網絡無法處理。
- 表現：
- 分組丟失（路由器緩存溢出）
- 分組延遲過大（在路由器緩存中排隊）
- 擁塞控制(接收方處理不了) V.s.流量控制(網絡無法處理)
2. 擁塞的代價
- 擁塞時分組延遲太大
- 達到最大吞吐量（throughput）
- 對給定的輸出緩存，要做更多的工作（重傳），造成資源的浪費
- 當多跳路由器情況下，分組被drop時，任何用於該分組的“上游”傳輸能力全都被浪費掉
3. 擁塞的控制
- 端到端的擁塞控制
- 網絡層不需要顯示地提供支持
- 端系統通過觀察loss，delay等網絡行爲判斷是否發生擁塞
- TCP採取這種方法
- 網絡輔助的擁塞控制
- 路由器向發送方顯示地反饋網絡擁塞信息
- 簡單地擁塞指示（1bit）：SNA,DECbit,TCP/IP ECN,ATM）
- 指示發送方應該採取何種速率
二、TCP擁塞控制（***）
1. 基本原理
sender限制發送速率——設計變量CongWin（擁塞窗口）
-
動態調整以改變發送速率
-
反映所感知到的網絡擁塞
2. 如何感知網絡擁塞？
3. 如何合理地調整發送速率？
① 加性增-乘性減：AIMD
-
原理：逐漸增加發送速率，謹慎探測可用帶寬，直到發生loss
-
方法：AIMD
- Additive Increase：每個RTT將CongWin增大一個最大段長度MSS——擁塞避免
- Multiplicative Decrease：發生loss後將CongWin減半
② 慢啓動：SS
-
TCP連接建立時，CongWin = 1MSS，可用帶寬可能遠遠高於初始速率：希望快速增長。
-
原理：當連接開始時，指數性增長
指數型增長：
-
每個RTT將CongWin翻倍
-
收到每個ACK進行操作
-
初始速率很慢，但是快速攀升
4. 指數性增長與線性增長切換
變量：Threshold（閾值）
- 當Loss事件發生時，Threshold被設爲Loss事件前CongWin值的1/2
Loss事件的處理
- 3個重複ACKs（網絡還能傳輸一些段）：先指數，再線性，遇到擁塞時減半，再線性
- CongWin切到一半
- 然後線性增長
- Timeout事件（擁塞更嚴重）：先指數，再線性，遇到擁塞時變爲1，再指數
- CongWin直接設爲1個MSS
- 然後指數增長
- 達到threshold後，再線性增長
三、TCP性能分析
1. TCP throughput：吞吐率
- 給定擁塞窗口大小和RTT，TCP的平均吞吐率是多少？
- 忽略掉慢啓動Slow start
- 假定發生超時是CongWin的大小爲W，吞吐率是W/RTT
- 超時後，CongWin=W/2，吞吐率是W/2RTT
- 平均吞吐率爲：0.75W/RTT
2. TCP的公平性
公平性與UDP
- 多媒體應用通常不使用TCP，以免被擁塞控制機制限制速率
- 使用UDP：以恆的速率發送，能夠容忍丟失
- 產生了不公平
公平性與併發TCP連接
- 某些應用會打開多個併發連接
- Web瀏覽器
- 產生公平性問題