導(dǎo)語(yǔ)：小議TCP的擁塞控制技術(shù)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：tcp協(xié)議在控制數(shù)據(jù)流擁塞機(jī)制方面有一些不足，本文通過(guò)探討網(wǎng)絡(luò)擁塞出現(xiàn)的原因及TCP擁塞控制的基本策略，論述了TCP擁塞控制的改進(jìn)方案，并提出了針對(duì)這種缺陷的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：TCP擁塞控制重傳重傳超時(shí)

中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：

TCP是Internet上通用的傳輸層協(xié)議之一，是目前應(yīng)用最廣泛的傳輸控制協(xié)議，其核心是擁塞控制機(jī)制。INTERNET采用交換機(jī)作為不同網(wǎng)絡(luò)之間傳送信息的中介，以次來(lái)達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源的共享。這樣的方式便于在網(wǎng)絡(luò)中查找某個(gè)特定的主機(jī)，但隨著主機(jī)數(shù)量的增多和數(shù)據(jù)傳輸量的增大，就容易產(chǎn)生資源競(jìng)爭(zhēng)，如果不及時(shí)處理，這樣的競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。TCP協(xié)議的一個(gè)組成部分就是為了解決這樣的擁塞問(wèn)題，并提供了一個(gè)算法來(lái)最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。傳統(tǒng)的TCP中的擁塞控制機(jī)制主要是基于VanJacobson提出的“慢啟動(dòng)”算法，“擁塞避免”算法和一個(gè)用于估計(jì)周轉(zhuǎn)RTT(roundtriptime)的算法。

“慢啟動(dòng)”算法的核心思想就是：通過(guò)觀察到新分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的速率應(yīng)該與另一端返回確認(rèn)的速率相同而進(jìn)行工作。慢啟動(dòng)為發(fā)送方的TCP增加了另一個(gè)窗口：擁塞窗口(congestionwindow)，記為cwnd。當(dāng)與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)建立TCP連接時(shí)，擁塞窗口被初始化為1個(gè)報(bào)文段（即另一端通告的報(bào)文段大?。?。每收到一個(gè)ACK，擁塞窗口就增加一個(gè)報(bào)文段（cwnd以字節(jié)為單位，但是慢啟動(dòng)以報(bào)文段大小為單位進(jìn)行增加）。發(fā)送方取擁塞窗口與通告窗口中的最小值作為發(fā)送上限。擁塞窗口是發(fā)送方使用的流量控制，而通告窗口則是接收方使用的流量控制。發(fā)送方開(kāi)始時(shí)發(fā)送一個(gè)報(bào)文段，然后等待ACK。當(dāng)收到該ACK時(shí)，擁塞窗口從1增加為2，即可以發(fā)送兩個(gè)報(bào)文段。當(dāng)收到這兩個(gè)報(bào)文段的ACK時(shí)，擁塞窗口就增加為4，這是一種指數(shù)增加的關(guān)系。在某些點(diǎn)上可能達(dá)到了互聯(lián)網(wǎng)的容量，于是中間路由器開(kāi)始丟棄分組。

“擁塞避免”算法是一種處理丟失分組的方法。該算法假定由于分組受到損壞引起的丟失是非常少的（遠(yuǎn)小于1%），因此分組丟失就意味著在源主機(jī)和目的主機(jī)之間的某處網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生了擁塞。有兩種分組丟失的指示：發(fā)生超時(shí)和接收到重復(fù)的確認(rèn)。但是當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，我們希望降低分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，于是可以調(diào)用慢啟動(dòng)來(lái)作到這一點(diǎn)。在實(shí)際中這兩個(gè)算法通常在一起實(shí)現(xiàn)。

慢啟動(dòng)(slowstart)算法通過(guò)逐漸增加cwnd的大小來(lái)探測(cè)可用的網(wǎng)絡(luò)容量，防止連接開(kāi)始時(shí)采用不合適的發(fā)送量導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。然而有時(shí)該算法也會(huì)浪費(fèi)可用的網(wǎng)絡(luò)容量，因?yàn)槁龁?dòng)算法總是從cwnd＝l開(kāi)始，每收到一個(gè)ACK，cwnd增加l，對(duì)RTT時(shí)間長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)，為使cwnd達(dá)到一個(gè)合適的值，需要花很長(zhǎng)的時(shí)間，特別是網(wǎng)絡(luò)實(shí)際容量很大時(shí)，會(huì)造成浪費(fèi)。為此可采用大的初始窗口，大的初始窗口避免了延遲ACK機(jī)制下單個(gè)報(bào)文段初始窗口的等待超時(shí)問(wèn)題，縮短了小TCP流的傳輸時(shí)間和大延遲鏈路上的慢啟動(dòng)時(shí)間。

在慢啟動(dòng)階段，在每個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)，cwnd增加一倍，這樣當(dāng)cwnd增加到一定的值時(shí)，就可能導(dǎo)致以網(wǎng)絡(luò)能夠處理的最大容量的2倍來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而淹沒(méi)網(wǎng)絡(luò)。Hoe建議使用packet-pair算法和測(cè)量RTT來(lái)為ssthresh估計(jì)合適值，以此來(lái)適時(shí)地結(jié)束慢啟動(dòng)階段。但是由于受各方面干擾，估算合理的ssthresh值并不容易，因此這個(gè)方法的效果是有限的。而Smooth-start較為平滑地從慢啟動(dòng)過(guò)渡到擁塞避免階段，減少了報(bào)文段丟失和突發(fā)通訊量，提高了TCP擁塞控制的性能。

為了避免不必要的重傳超時(shí)，有人提出了一種受限傳輸機(jī)制：如果接收方的廣播窗口允許的話，發(fā)送方接收到一個(gè)或者兩個(gè)重復(fù)的ACK(acknowledgment)后，繼續(xù)傳輸新的數(shù)據(jù)報(bào)文段。受限的傳輸機(jī)制允許具有較小窗口的TCP連接進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)，而且避免了不必要的重傳。

如果TCP的發(fā)送方在重傳數(shù)據(jù)報(bào)文段一個(gè)RTT后發(fā)現(xiàn)接收方接收到了重傳數(shù)據(jù)報(bào)文段的兩個(gè)拷貝，則可以推斷重傳是不必要的。這時(shí)，TCP的發(fā)送方可以撤銷對(duì)擁塞窗口的減少。發(fā)送方可以通過(guò)將慢啟動(dòng)門限增加到原始值，調(diào)用慢啟動(dòng)規(guī)程使擁塞窗口恢復(fù)原先值。除了恢復(fù)擁塞窗口，TCP發(fā)送方還可以調(diào)整重復(fù)確認(rèn)門限或者重傳超時(shí)參數(shù)來(lái)避免由于多次不必要的重傳而浪費(fèi)帶寬。

對(duì)公平性的改進(jìn)：在擁塞避免階段，如果沒(méi)有發(fā)生丟包事件，則TCP發(fā)送方的cwnd在每個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)大約可以增加一個(gè)報(bào)文段大小，但這樣會(huì)造成具有不同RTT時(shí)間或窗口尺寸的多個(gè)連接在瓶頸處對(duì)帶寬競(jìng)爭(zhēng)的不公平性，RTT時(shí)間或窗口小的連接，相應(yīng)的cwnd增長(zhǎng)速度也相對(duì)緩慢，所以只能得到很小一部分帶寬。

對(duì)此，可以考慮從一下幾個(gè)方面去加以改進(jìn)：

1、如果使用了路由器，可以使用公平隊(duì)列和TCP友好緩存管理來(lái)進(jìn)行控制以增加公平性。

2、如沒(méi)有使用路由器，就要求TCP發(fā)送端的擁塞控制進(jìn)行改變，在擁塞避免階段是共享同一資源的TCP連接以相同速度發(fā)送數(shù)據(jù)。

3、可以考慮引入發(fā)送優(yōu)先級(jí)的概念，拒絕大范圍的同時(shí)發(fā)送同一共享資源，而是按照優(yōu)先級(jí)有先后次序的逐個(gè)發(fā)送，優(yōu)先級(jí)的使用可以仿造進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的管理方式，動(dòng)態(tài)變化，實(shí)時(shí)調(diào)整以加強(qiáng)有效利用率。