一、拥塞控制
在拥塞控制上,采用广受好评的TCP拥塞控制算法(也称AIMD算法)。该算法主要包括四个主要部分:
1.慢启动
每当建立一个TCP连接时或一个TCP连接发生超时重传后,该连接便进入慢启动阶段。进入慢启动后,TCP实体将拥塞窗口的大小初始化为一个报文段,即:cwnd=1。此后,每收到一个报文段的确认(ACK),cwnd值加1,即拥塞窗口按指数增加。当cwnd值超过慢启动阐值(sshterhs)或发生报文段丢失重传时,慢启动阶段结束。前者进入拥塞避免阶段,后者重新进入慢启动阶段。
2.拥塞避免
在慢启阶段,当cwnd值超过慢启动阐值(ssthresh)后,慢启动过程结束,TCP连接进入拥塞避免阶段。在拥塞避免阶段,每一次发送的cwnd个报文段被完全确认后,才将cwnd值加1。在此阶段,cwnd值线性增加。
3.快速重传
快速重传是对超时重传的改进。当源端收到对同一个报文的三个重复确认时,就确定一个报文段已经丢失,因此立刻重传丢失的报文段,而不必等到重传定时器(RTO)超时。以此减少不必要的等待时间。
4.快速恢复
快速恢复是对丢失恢复机制的改进。在快速重传之后,不经过慢启动过程而直接进入拥塞避免阶段。每当快速重传后,置sshtesrh=cwnd/2、ewnd=ssthresh+3。此后,每收到一个重复确认,将cwnd值加1,直至收到对丢失报文段和其后若干报文段的累积确认后,置cwnd=ssthesrh,进入拥塞避免阶段。
二、滑动窗口协议
滑动窗口协议(Sliding Window Protocol),属于TCP协议的一种应用,用于网络数据传输时的流量控制,以避免拥塞的发生。该协议允许发送方在停止并等待确认前发送多个数据分组。由于发送方不必每发一个分组就停下来等待确认,因此该协议可以加速数据的传输,提高网络吞吐量。
TCP连接每一方的接收缓冲空间大小都固定,接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据,TCP在滑动窗口的基础上提供流量控制,防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
传输的每个部分被分配唯一的连续序列号,接收方使用数字并以正确的顺序放置接收到的数据包,丢弃重复的数据包并识别丢失的数据。
协议中规定,对于窗口内未经确认的分组需要重传。这种分组的数量最多可以等于发送窗口的大小,即滑动窗口的大小n减去1(因为发送窗口不可能大于(n-1),起码接收窗口要大于等于1)。
滑动窗口协议必须保证数据包的按序传输,发送窗口中的序列号代表已发送但尚未收到确认的数据包,发送窗口可持续地维持一系列未经确认的数据包,因为发送方窗口内的数据包可能在传输过程中丢失或损坏,所以发送过程必须把发送窗口中的所有数据包保存起来以备重传。发送窗口一旦达到最大值,发送过程就必须停止接收新的数据包,直到有空闲缓存区。接收窗口外的数据包都要丢弃,当序列号等于接收窗口下限的数据包到达时,把它提交给应用程序并向发送端发送确认,接收窗口向前移动一位。发送窗口和接收窗口上下限无需相同,大小也无需相同,但接收窗口大小需保持固定,发送窗口大小可随着数据包而改变。
工作原理
通过限制在任何给定时间可以发送或接收的数据包的数量,滑动窗口协议允许使用固定大小的序列号传送无限数量的数据包。发送方侧的术语“窗口”表示接收方尚未确认的分组总数的逻辑边界。接收方在每个确认包中通知发送器当前的最大接收缓冲区大小(窗口边界)。 TCP报头使用16位字段向发送方报告接收窗口大小。因此,可以使用的最大窗口是2^16 = 64千字节。在慢启动模式下,发送器以低分组计数器开始,并且在从接收方接收到确认分组之后增加每个传输中的分组数量。对于接收的每个ACK分组,该窗口通过一个分组(逻辑地)滑动以传送一个新分组。当达到窗口阈值时,发送器发送一个包,用于接收到的一个ACK分组(确认分组)。如果窗口限制为10个数据包,则在慢启动模式下,发送器可以开始发送一个数据包,后跟两个数据包(发送两个数据包之前必须接收一个数据包),其次是三个数据包等等,直到10个数据包。但是在达到10个分组之后,进一步的传输被限制为一个接收到的一个分组发送的分组。在仿真中,看起来好像窗口对于接收到的每个ACK分组移动一个分组距离。在接收方侧,窗口也会为接收到的每个数据包移动一个数据包。滑动窗口方法可以确保网络上的交通拥堵得以避免。应用层仍将提供传输到TCP的数据,而不用担心网络流量拥塞问题,因为发送方和接收方的TCP实现分组缓冲区的滑动窗口。窗口大小可能根据网络流量而动态变化。
参考资料:
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