我们在编程的过程中,经常会给予tcp或者udp进行网络通信。大家都知道,tcp是可靠的数据传输方式,他能够保证网络数据在设备中以有序的方式在首发两端传输;udp则不能,他总是尽力而为,发送方将数据发送到网络设备之后,它并不能保证数据能够正常传输到接收端,有可能数据被丢失,也有可能后发的数据先到达。
网络设备作为一种共享的资源,他会被基于网络通信的所有的软件所共享,而所有的设备的能力总是受限于某种条件,所以说网络资源是十分的珍贵的;当某一个时间段内,注入到网络中的数据量超过网络所能够承载的总额,网络数据交换就会出现延时,甚至是数据丢弃;而基于tcp协议进行通信的数据是如何保证数据可靠、有序呢?
刚才说的在某一个时间,注入到网络中的数据量超过网络的承载,在网络通信中称之为网络拥塞;网络拥塞主要是由于在某一时间段内,注入到网络中的数据太多,而要解决网络拥塞,可以考虑让各个软件感知到网络中的状态,来判断此时发送到网络中的数据量;经过前辈们的不断探索,总结出了几种拥塞控制的方案,在这些拥塞控制方案中,首先需要明确“拥塞窗口(cwnd )”、“慢开始门限(ssthresh)”这几个概念;拥塞窗口可以看成是数据发送方维护的一个变量,该变量指明了下一次法术数据时,可以向网络中注入的数据的量;慢开始门限可以理解为一个阈值,当超过这个值之后,我们需要执行另一种流量控制算法;这两个变量的值都是可变的;
1、慢启动算法:在进行网络通信的初始阶段,拥塞窗口的初始值为2的0次方(cwnd=1),发送端发送cwnd字节的数据包,在收到对端响应之后,cwnd以2的指数递增(cwnd=2*cwnd),在达到慢开始门限(cwnd>=ssthresh)后,每次成功收到对端的相应之后,改用拥塞控制算法进增长字节数;
2、拥塞避免算法:和慢开始算法相同,避免拥塞算法也是在每次收到对端对上次报文的响应之后,计算出本次拥塞窗口发送的字节个数;但是和慢开始算法不同的是,拥塞避免算法拥塞窗口的增长方式是线性增长方式,即:cwnd=cwnd+1;不是指数方式增长;
慢启动和拥塞避免算法的都是依赖与对端响应报文来计算下次拥塞窗口(cwnd)的字节个数;当网络中出现拥塞,我们没有收到对端的报文,或者说我们发送的报文数量和收到的响应报文数量不对称时,会发生什么呢?
3、快速重传算法:他假设我们所处的网络环境是非常的理想的,没有网络拥塞,发送的每一个包,都能够到达对端,并收到对端的响应;所以,在快速重传算法中,发送端不需要等待接收端的响应报文到达,就可以发送下一个数据包;而接收端在收到包之后,会给发送方响应下一个期望收到的包的序号的响应报文,如果说网络发生拥塞,接收端收到的包是无序的,接收方会在再收到序号排在期望序号之后的包的时候,响应的任然是期望的包序号;而接收方在连续收到三次对同一个期望序号的报文之后,会针对于该序号的报文进行重发;
发送方依次发送了数据包1、数据包2、数据包3、数据包4、数据包5、数据包6,在接收方,当收到数据包有的时候,响应客户端我下次期望收到数据包2,在收到数据包3之后,也响应我期望收到数据包2,在收到数据包4之后,依然响应期望收到数据包2,在收到数据包5的时候,还是响应期望收到数据包2,发送方在收到3次重传(也就是4次期望收到数据包2)数据包2的响应之后,会马上重传数据包2,接收端收到数据包2之后,由于之前已经收到了数据包3、数据包4、数据包5,所以现在响应的是期望收到数据包6。
4、快速恢复算法:它是在快速重传和拥塞避免的基础上实现的,在收到接收端的三次重传确认包之后,发送方立即重传接收到期望的包,由于发生重传,所以发送方意识到了网络发生了拥堵,此时,发送方会把慢启动阈值值修改为重传之前慢启动阈值的二分之一天,即ssthresh = ssthresh/2;然后将拥塞窗口的值设置成新的慢启动阈值(cwnd=ssthresh);然后执行拥塞避免算法;