计算机网络基础 (十九)--- 传输层 -TCP 的拥塞控制

文章内容概览

TCP的拥塞控制

当网络中的数据报文过多的时候，就会造成网络的拥塞

网络拥塞的根源

• 一条数据链路经过非常多的设备

• 数据链路的各个部分都可能成为网络传输的瓶颈（网络中各种路由器的性能可能不一样、或者传输媒介性能有差别）

• 网络对一些硬件设备的性能要求，大于可用资源，因此就导致了拥塞

TCP的拥塞控制和TCP的流量控制有什么区别？

• 流量控制考虑点对点的通信量控制（主要是通过窗口来控制通信量，考虑接收方的接收性能）

• 拥塞控制考虑整个网络，是全局性的考虑（它会感知到整个网络是否发生拥塞）

拥塞控制是一个很庞大的问题，因为它考虑到了整个网络，并且对于拥塞控制，很难有最优解。这里只对拥塞控制有一个简单的认识

如果要进行拥塞控制，首先需要有一个方法去判断网络是否发生拥塞。判断的方法简单粗暴，如果发送方发送的报文发生了超时，就认为网络发生了拥塞。但是，通过报文超时来判断网络是否一定拥塞是不成立的

如果在传输的某一个阶段，把光纤给断了，这个也会导致报文超时，这时就不是因为拥塞所造成的了，而是网络故障所造成的。所以，报文超时只是判断网络拥塞的一个方法（下边的内容先不考虑网络故障的情况）

拥塞控制的两个算法

慢启动算法

• 由小到大逐渐增加发送的数据量

• 每收到一个确认报文就加一（假如第一次收到了1个确认报文，下一次就发送2个报文；如果第二次收到2个确认报文，下一次就发送4个报文，依次1、2、4、8）

可以看到发送的报文是按指数增长的，指数增长的增长速率是非常快的。慢启动算法，它的指数增长会有一个阈值，称为慢启动阈值（ssthresh），增长到这个慢启动阈值之后就不再增长了。增长到这个阈值之后，它就会进行第二个算法

拥塞避免算法

• 维护一个拥塞窗口的变量（这个变量大于慢启动阈值）

• 只要网络不拥塞（即只要报文不超时），就试探着增大拥塞窗口（每次加一）

假设慢启动到达了阈值（假设是16），此时就会启动拥塞避免算法，它会试探着将拥塞窗口调大，如果16个报文都收到了确认，它就会再发送17个报文，如果没有发生超时，下一次就会发送18个报文。一直这样一个一个的调大，直到发生拥塞。这就是拥塞避免算法

拥塞避免算法可以保证在网络不发生拥塞的情况下，更多的发送数据

这是一张慢启动算法和拥塞避免算法的图（纵坐标：每一次发送数据报文的数量；横坐标：发送的轮次）

在到达阈值之前，数据报文的数量是指数增长的。当数据报文的数量达到阈值的时候就会启动拥塞避免算法，之后数据报文的数量就是线性增长的