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
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
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
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
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
