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- 时间: 2026年03月21日 10:16
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南阳网站建设页面,十大产品设计公司,网络公司网站案例,wordpress 超链接插件获取pdf#xff1a;密码7281专栏目录首页#xff1a;【专栏必读】考研湖科大教书匠计算机网络笔记导航 文章目录一#xff1a;拥塞控制概述二#xff1a;拥塞控制四大算法#xff08;1#xff09;慢开始和拥塞避免A#xff1a;慢启动#xff08;slow start#xff09;…获取pdf密码7281专栏目录首页【专栏必读】考研湖科大教书匠计算机网络笔记导航 文章目录一拥塞控制概述二拥塞控制四大算法1慢开始和拥塞避免A慢启动slow startB拥塞避免congestion avoidanceC总结2快重传和快恢复A快重传fast retransmitB快恢复fast recovery3总结本节对应视频如下 【计算机网络微课堂有字幕无背景音乐版】TCP拥塞控制 一拥塞控制概述
拥塞控制在某段时间若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分网络性能就要变坏。这种情况就叫做拥塞。在计算机网络中的链路容量(即带宽)、交换结点中的缓存和处理机等都是网络的资源。若出现拥塞而不进行控制整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降这便是拥塞控制的作用如下图横坐标是输入负载代表单位时间内输入给网络的负载数量纵坐标是吞吐量代表单位时间内从网络输出的分组量
具有理想拥塞控制的网络
在吞吐量达到饱和之前网络吞吐量应该等于所输入的负载故吞吐量是45度的斜线当输入负载超过某一限度时由于网络资源受限吞吐量就不再增长而保持水平也就是吞吐量达到饱和这就表明输入的负载中有一部分损失掉了例如输入到网络中的某些分组被某个结点丢弃了 对于实际情况中的网络
随着输入负载的增大网络吞吐量的增长率逐渐减小也就是在网络吞吐量还未达到饱和之前就已经有一部分输入分组被丢弃了当网络吞吐量明显小于理想吞吐量时网络就进入了轻度拥塞状态当输入负载达到某一数值时网络吞吐量反而随输入负载的增大而减小这时网络就进入了拥塞状态当输入负载继续增大到某一数值时网络的吞吐量就减小为0此时网络便瘫痪了 因此进行拥塞控制是非常有必要的实际的拥塞控制曲线应该尽量接近理想的拥塞控制曲线 二拥塞控制四大算法
下面我们介绍四种拥塞控制算法的基本原理假定如下条件
数据是单方向传送而另一个方向只传送确认接收方总是有足够大的缓存空间因而发送方发送窗口的大小由网络的拥塞程度来决定以最大报文段MSS的个数为讨论问题的单位而不是以字节为单位
如下图发送方向接收方发送TCP数据报文段接收方收到后给发送方发送TCP确认报文段 1慢开始和拥塞避免
发送方维护一个叫做拥塞窗口cwnd的状态变量其值取决于网络的拥塞程度并且动态变化
拥塞窗口cwnd的维护原则只要网络没有出现拥塞拥塞窗口就再增大一些只要网络出现拥塞拥塞窗口就减少一些判断出现网络拥塞的依据没有按时收到应当到达的确认报文(即发生超时重传)
发送方将拥塞窗口作为发送窗口swnd即swnd cwnd。同时还需要维护一个慢开始门限ssthresh状态变量
当cwnd ssthresh时使用慢开始算法;当cwnd ssthresh时停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法;当cwnd ssthresh时既可使用慢开始算法也可使用拥塞避免算法
为了更清晰地展示出拥塞控制过程我们还可以绘制出一副拥塞窗口随传输轮次变化的图
横坐标为传输轮次是指发送方给接收方发送数据报文段后接收方给发送方发回相应的确认报文段一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间并非固定。使用传输轮次是为了强调把拥塞窗口所允许发送的报文段都连续发送出去并收到了对已发送的最后一个报文段的确认纵坐标是拥塞窗口它会随网络拥塞程度以及所使用拥塞控制算法动态变化 在TCP双方建立连接逻辑关系时拥塞窗口的值会设置为1另外还需要设置ssthresh初始值为16 A慢启动slow start
慢启动发送方每收到一个对新报文段的确认时就把拥塞窗口值1然后开始下一轮传输当拥塞窗口值增长到慢开始门限时就改为执行拥塞避免算法
如下图发送刚当前拥塞窗口值为1而发送窗口等于拥塞窗口因此发送方当前只能发送一个TCP数据报文段
发送方发送0号数据报文段接收方收到后给发送方发回对0号报文段的确认报文段发送方收到该确认报文段后将拥塞窗口值1变为2这意味着发送方现在可以发送1-2号共两个数据报文段接收方收到后给发送方发回对1-2号报文段的确认报文段发送方收到该确认报文段后将拥塞窗口值2变为4这意味着发送方现在可以发送3-6号共三个数据报文段接收方收到后给发送方发回对3-6号报文段的确认报文段发送方收到该确认报文段后将拥塞窗口值4变为8这意味着发送方现在可以发送7-14号共八个数据报文段接收方收到后给发送方发回对7-14号报文段的确认报文段发送方收到该确认报文段后将拥塞窗口值8变为16 发送方当前的拥塞窗口值已经增大到了慢开始门限值之后需要启动拥塞避免算法
B拥塞避免congestion avoidance
拥塞避免和慢启动不同拥塞避免在每个传输轮次结束后拥塞窗口只能线性1
如下图
发送方现在可以发送15-30号共16个数据报文段接收方收到后给发送方发回对15-30号报文段的确认报文段发送方收到该确认报文段后将拥塞窗口值1变为17发送方现在可以发送31-47号共17个数据报文段接收方收到后给发送方发回对31-47号报文段的确认报文段发送方收到该确认报文段后将拥塞窗口值1变为18 重复上述过程很多次发送方将171-194号共24个数据报文段发送后其中有些报文段丢失了这必然会造成发送方对这些丢失报文段的超时重传发送方判断网络可能出现了堵塞进行以下工作 将慢开始门限更新为发生拥塞时的一半对于本例更新为12 将cwnd值减少为1并重新开始执行慢开始算法 当慢开始执算法执行到拥塞窗口值增大到新的慢开始门限时就停止使用慢开始算法转而执行拥塞避免算法
C总结
TCP发送方一开始使用慢开始算法让拥塞窗口值从1开始按指数规律增大当拥塞窗口值增大到慢开始门限值时停止使用慢开始算法转而执行拥塞避免算法让拥塞窗口按线性1的规律增大。当发生超时重传时就判断网络很可能发生了拥塞于是采取相应措施
将慢开始门限更新为发生拥塞时的一半将cwnd值减少为1并重新开始执行慢开始算法
拥塞窗口值又从1开始按指数规律增大当增大到新的慢开始门限值时停止使用慢开始算法转而执行拥塞避免算法让拥塞窗口按线性1的规律增大 2快重传和快恢复
慢开始和拥塞避免算法是1988年提出的TCP拥塞控制算法(TCP Tahoe版本)。1990年又增加了两个新的拥塞控制算法(改进TCP的性能)这就是快重传和快恢复(TCP Reno版本) 。这是因为个别报文段会在网络中丢失但实际上网络并未发生拥塞
这将导致发送方超时重传并误认为网络发生了拥塞;发送方把拥塞窗口cwnd又设置为最小值1,并错误地启动慢开始算法因而降低了传输效率
A快重传fast retransmit
快重传使发送方尽快进行重传而不是等超时重传计时器超时再重传。采用快重传算法可以让发送方尽早知道发生了个别报文段的丢失。具体来说
要求接收方不要等待自己发送数据时才进行捎带确认而是要立即发送确认即使收到了失序的报文段也要立即发出对已收到的报文段的重复确认发送方一旦收到3个连续的重复确认就将相应的报文段立即重传而不是等该报文段的超时重传计时器超时再重传
对于个别丢失的报文段发送方不会出现超时重传也就不会误认为出现了拥塞(进而降低拥塞窗口cwnd为1)。使用快重传可以使整个网络的吞吐量提高约20%
如下图 发送方发送1号数据报文段 接收方收到后给发送方发回对1号报文段的确认 在该确认报文段到达发送方之前发送方还可以将发送窗口内的2号数据报文段发送出去 接收方收到后给发送方发回对2号报文段的确认 在该确认报文段到达发送方之前发送方还可以将发送窗口内的3号数据报文段发送出去但是该报文丢失了 接收方自然不会给发送方发回针对该报文段的确认 发送方还可以将发送窗口内的4号数据报文段发送出去 接收方收到后发现这不是按序到达的报文段因此给发送方发回针对2号报文段的重复确认表明现在希望收到的是3号报文段但是未收到而是收到了未按序到达的报文段 发送方还可以将发送窗口内的5号数据报文段发送出去 接收方收到后发现这不是按序到达的报文段因此给发送方发回针对2号报文段的重复确认 发送方还可以将发送窗口内的6号数据报文段发送出去 接收方收到后发现这不是按序到达的报文段因此给发送方发回针对2号报文段的重复确认 至此发送方会收到3个连续的对2号报文段的重复确认就立即重传3号报文段 接收方收到后给发送方发回针对6号报文段的确认表明序号到6为止的报文段都正确接收了这样就不会造成对3号报文段的超时重传而是提早进行了重传
B快恢复fast recovery
快恢复发送方一旦收到3个重复确认就知道现在只是丢失了个别的报文段。于是不启动慢开始算法,而执行快恢复算法
发送方将慢开始J限ssthresh值和拥塞窗口cwnd值调整为当前窗口的一半; 开始执行拥塞避免算法也有的快恢复实现是把快恢复开始时的拥塞窗口cwnd值再增大一些即等于新的ssthresh 3既然发送方收到3个重复的确认,就表明有3个数据报文段已经离开了网络;这3个报文段不再消耗网络资源而是停留在接收方的接收缓存中;可见现在网络中不是堆积了报文段而是减少了3个报文段。因此可以适当把拥塞窗口扩大些
3总结
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