TCP的拥塞控制 (二)

TCP Reno

TCP  Reno引入了ssthresh(Slow Start threshold)变量，作为TCP的Slow Start和Congestion Avoidance两个阶段的分界线。

当cwnd < ssthresh时，TCP保持在Slow Start阶段；

当cwnd >= ssthresh时，TCP进入Congestion Avoidance阶段。

ssthresh实际上影响着TCP的性能，但其初始值在RFC中没有明确定义，可以为任意大的值，在实现时一般初始化为rwnd。

TCP Reno拥塞控制算法继承了“数据包守恒准则”，保证处于网络中的packet的总量是守恒的。它通过4个算法保证这一点：

1. Slow Start

在TCP连接建立之后，由于不知道实际可用的网络带宽，因此采用Slow Start算法，小心翼翼地对网络情况进行探测。

进入Slow Start阶段，首先设置cwnd=1，接着cwnd会随着时间的推进呈指数级增加(因此，其过程并不slow)。具体做法是每收到一个ACK，就对cwnd+1，这样相当于每经过一个RTT，cwnd就翻一番。

在遇到两种情况时，Slow Start阶段会截止：

(1)当cwnd达到ssthresh时，此时TCP会进入Congestion Avoidance阶段。

(2)当拥塞发生时，此时又分两种情况：

(2.1)如果是超时，会重传未被响应的packet，并将ssthresh设置为cwnd/2，并将cwnd重置为1，然后重新进入Slow Start阶段。

(2.2)如果是3个重复ACK，会先进行Fast Retransmit，然后进入Fast Recovery阶段。

2. Congestion Avoidance

在该阶段，cwnd不再像Slow Start那样指数级增长，而是线性增长。具体做法是每收到一个ACK，就对cwnd+1/cwnd，这样相当于每过一个RTT，cwnd都加1。

当拥塞发生时，Congestion Avoidance阶段即截止，接下来的过程与Slow Start处理拥塞的方式相同：

(1)如果是超时，会重传未被响应的packet，并将ssthresh设置为cwnd/2，并将cwnd重置为1，然后进入Slow Start阶段。

(2)如果是3个重复ACK，会先进行Fast Retransmit，最后进入Fast Recovery阶段。

3. Fast Retransmit

当检测是否丢包时，每次都要等待超时的发生，会浪费很长时间，因此引入了Fast Retransmit机制。

通过TCP的机制可知，sender只要收到3个重复ACK，即认为丢包发生，此时会立即重传丢失的包，而不再等待超时的出现。

4. Fast Recovery

为了解决丢包后进入Slow Start引起的效率降低，在Fast Retransmit的基础上，又引入了Fast Recovery机制。

该阶段首先将ssthresh设置为cwnd/2，然后重传丢失的包，再对cwnd进行充气(而不是SlowStart那样将cwnd重置为1)，具体做法是在cwnd=ssthresh+3(用以反映3个packet正常离开了network)。

之后，每当再次收到一个重复ACK时，sender都会对cwnd+1，这是为了反映一个packet正常离开了network。

这里可能有两个疑问：

(1)怎么得知一个packet正常离开了network呢？这是因为receiver只有在收到packet之后，才会回复ACK，既然sender收到了ACK，说明有一个packet被receiver接收，即正常离开了network。

(2)那么，为什么需要对cwnd+1呢？这是因为一个packet离开了network，使得network不再饱和，为了使network重新平衡，需要发送新的packet到network中，这就必须通过增大cwnd来实现。

随着cwnd的增大，会将新进入窗口的packet发送出去。这个过程称为inflating。

直到收到新的ACK之后，inflating截止，进入deflating过程。所谓deflating，即将cwnd设置为ssthresh。

为什么收到新的ACK后，需要进行deflating呢？这是因为，新的ACK意味着，刚进入Fast Recovery时重传的packet已经被接收，该ACK即是receiver对重传packet的回应。可以认为lost packet已经恢复了，可以结束Fast Recovery阶段。

值得注意的是，该ACK可能一次性响应了多个连续的packet。这是因为，从lost packet发生时起，到lost packet恢复为止，期间sender发送了多个后续packet，因此在receiver回复ACK时，会指明已接收到的最末端的packet的sequence number。