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TCP協(xié)議的擁塞控制策略及改進(jìn)( 四 )


最初的TCP協(xié)議只有基于窗口的流控制(flow control)機(jī)制而沒(méi)有擁塞控制機(jī)制 。流控制作為接受方治理發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的方式,用來(lái)防止接受方可用的數(shù)據(jù)緩存空間的溢出 。流控制是一種局部控制機(jī)制,其參與者僅僅是發(fā)送方和接收方,它只考慮了接收端的接收能力,而沒(méi)有考慮到網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力;而擁塞控制則注重于整體,其考慮的是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力,是一種全局控制機(jī)制 。正因?yàn)榱骺刂频倪@種局限性,從而導(dǎo)致了擁塞崩潰現(xiàn)象的發(fā)生 。
1986年初,Jacobson開(kāi)發(fā)了現(xiàn)在在TCP應(yīng)用中的擁塞控制機(jī)制 。運(yùn)行在端節(jié)點(diǎn)主機(jī)中的這些機(jī)制使得TCP連接在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)回退(back off),也就是說(shuō)TCP源端會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的擁塞指示(congestion notification)(例如丟包、重復(fù)的ACK等)作出響應(yīng) 。1988年Jacobson針對(duì)TCP在控制網(wǎng)絡(luò)擁塞方面的不足,提出了“慢啟動(dòng)”(Slow Start)和“擁塞避免”(Congestion Avoidance)算法 。1990年出現(xiàn)的TCP Reno版本增加了“快速重傳 ”(Fast Retransmit)、“快速恢復(fù)”(Fast Recovery)算法,避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞不嚴(yán)重時(shí)采用“慢啟動(dòng)”算法而造成過(guò)大地減小發(fā)送窗口尺寸的現(xiàn)象,這樣TCP的擁塞控制就由這4個(gè)核心部分組成 。近幾年又出現(xiàn)TCP的改進(jìn)版本如NewReno和選擇性應(yīng)答(selective acknowledgement,SACK)等 。正是這些擁塞控制機(jī)制防止了今天網(wǎng)絡(luò)的擁塞崩潰 。
TCP擁塞控制四個(gè)主要過(guò)程(如圖4(a)和(b)所示)簡(jiǎn)要介紹如下:

慢啟動(dòng)階段:早期開(kāi)發(fā)的TCP應(yīng)用在啟動(dòng)一個(gè)連接時(shí)會(huì)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包,這樣很輕易導(dǎo)致路由器緩存空間耗盡,網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞,使得TCP連接的吞吐量急劇下降 。由于TCP源端無(wú)法知道網(wǎng)絡(luò)資源當(dāng)前的利用狀況,因此新建立的TCP連接不能一開(kāi)始就發(fā)送大量數(shù)據(jù),而只能逐步增加每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量,以避免上述現(xiàn)象的發(fā)生 。具體地說(shuō),當(dāng)建立新的TCP連接時(shí),擁塞窗口(congestion window,cwnd)初始化為一個(gè)數(shù)據(jù)包大小 。源端按cwnd大小發(fā)送數(shù)據(jù),每收到一個(gè)ACK確認(rèn),cwnd就增加一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送量,這樣cwnd就將隨著回路響應(yīng)時(shí)間(Round Trip Time,RTT)呈指數(shù)增長(zhǎng),源端向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)量將急劇增加 。事實(shí)上,慢啟動(dòng)一點(diǎn)也不慢,要達(dá)到每RTT發(fā)送W個(gè)數(shù)據(jù)包所需時(shí)間僅為RTT×logW 。由于在發(fā)生擁塞時(shí),擁塞窗口會(huì)減半或降到1,因此慢啟動(dòng)確保了源端的發(fā)送速率最多是鏈路帶寬的兩倍 。
擁塞避免階段:假如TCP源端發(fā)現(xiàn)超時(shí)或收到3個(gè)相同ACK副本時(shí),即認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞(主要因?yàn)橛蓚鬏斠鸬臄?shù)據(jù)包損壞和丟失的概率很?。?/p>

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