图解丨TCP拥塞控制之基础( 二 ) _TCP

这是理想的情况！实际情况是A并不知道M和N有多大(或者说有什么关系)，它只知道当cwnd超过M + N时会出丢包！于是我们折中地假定M = N，所以当cwnd = 2N时是丢包的临界点，为了解除阻塞，让cwnd = cwnd / 2 = N就可以解除阻塞3！

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所以，cwnd的变化趋势就像上面这样，图中上方的红色曲线表示出现丢包。这样的稳定状态也称为拥塞避免阶段(congestion-avoidance phase)

现实算法实现中，拥塞避免阶段的cwnd是在收到每个ACK时更新的：cwnd += 1/cwnd，如果认真算，会发现这比整窗更新cwnd += 1要稍微少一点！

注3：后面会提到，Tahoe在此时会将cwnd先设置为1，然后再迅速恢复到cwnd / 2

Tahoe 慢启动 (Slow Start)

Tahoe需要为选定一个cwnd初始值，但是发送端并不知道多大的cwnd才合适。所以只能从1开始4，如果这个时候就开始加性增，那就太慢了，比如假设一个连接会发送5050个MSS大小的报文，按照加性增加，需要100个RTT才能传输完成(1+2+3+...+100=5050) 。因此，Tahoe和Reno使用一种称为慢启动的算法迅速提高cwnd 。也就是只要没有丢包，每发送一个整窗的数据，cwnd = 2 X cwnd 。换句话说，在慢启动阶段(slow-start phase)，当发送端每收到一个ACK时，就让cwnd = cwnd + 1

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注4RFC 2581 已经允许cwnd的初始值最大为2, RFC 3390 已经允许cwnd的初始值最大为4, RFC 6928已经允许cwnd的初始值最大为10

那么，慢启动阶段何时停止？或者说什么时候进入前面的拥塞避免阶段 ? Tahoe算法定义了一个慢启动阈值(slow-start threshold)变量，在cwnd < ssthresh时，TCP处于慢启动阶段，在cwnd > ssthresh后，TCP处于拥塞避免阶段。

ssthreshold的初始值一个非常大的值。连接建立后cwnd以指数增加，直到出现丢包后，慢启动阈值将被设置为 cwnd / 2 。同时cwnd被设置为1,重新开始慢启动过程。这个过程如下图所示, 可以看到，慢启动可是一点也不慢。

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Tahoe 快速重传 (Fast Retransmit)

现实的网络网络环境拓扑可能十分复杂，即使是同一个TCP连接的报文，也有可能由于诸如等价路由等因素被路由器转发到不同的路径，于是，在接收端就可能出现报文的乱序到达，甚至丢包！举个例子，发送端发送了数据DATA[1]、DATA[2]、……、DATA[8]，但由于某些因素，DATA[2]在传输过程中被丢了，接收端只收到另外7个报文，它会连续回复多次 ACK[1](请求发送端发送DATA[2]) 。这个时候，发送端还需要等待DATA[2]的回复超时(2个RTT)吗？

快速重传的策略是，不等了！挡发送端收到第3个重复的ACK[1]时(也就是第4个ACK[1])，它要马上重传DATA[2],然后进入慢启动阶段，设置ssthresh = cwnd / 2 , cwnd = 1.

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如上图所示，其中cwnd的初始值为8，当发送端收到第3个重复的ACK[1]时，迅速进入慢启动阶段，之后当再收到ACK[1]时，由于cwnd = 1只有1，因此并不会发送新的报文

Reno 快速恢复(Fast Recovery)

在快速重传中，当出现报文乱序丢包后，拥塞窗口cwnd变为1，由于该限制，在丢失的数据包被应答之前，没有办法发送新的数据包。这样大大降低了网络的吞吐量。针对这个问题，TCP Reno在TCP Tahoe的基础上增加了快速恢复(Fast Recovery) 。

快速恢复的策略是当收到第3个重复的ACK后，快速重传丢失的包，然后

设置 sshthresh = cwnd / 2
设置 cwnd = cwnd /2

还是以上面的例子为例

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与快速重传中不同的是，发送端在收到第3个重复的ACK后，cwnd变为5，EFS设置为7

这里EFS表示发送端认为的正在向对端发送的包(Estimated FlightSize)，或者说正在链路上(in flight)的包。一般情况下，EFS是与cwnd相等的。但在快速恢复的时候，就不同了。假设拥塞避免阶段时cwnd = EFS = N，在启动快速恢复时，收到了3个重复的ACK，注意，这3个ACK是不会占用网络资源的(因为它们已经被对端收到了)，所以EFS = N - 3,而既然是出发了快速恢复，那么一定是有一个包没有到达，所以EFS = N - 4，然后，本端会快速重传一个报文，EFS = N - 3，这就是上面EFS设置为7的来源。