网络协议 Day09 TCP流量控制 拥塞控制

一、 TCP 可靠传输的几个问题思考

1. 若有个包重传了 N 次还是失败，会一直持续重传到成功为止吗？

• 这个取决于系统的设置，比如有些系统，重传 5 次还未成功就会发送 RST（reset）报文断开 TCP 连接

2. 如果接收窗口最多能接收 4 个包，但是发送方只发了 2 个包，那么接收方不满足 4 个包，也就不满足滑动窗口协议的回复条件，接收方会一直等待下去吗？

• 接收方会等待一定时间后没有第 3 个包，就会返回确认收到 2 个包给发送方

3. 为什么选择在传输层就将数据大卸八块分成多个段，而不是等到网络层再分片传递给数据链路层？

• 因为可以提高重传的性能
• 需要明确的是：可靠传输是在传输层进行控制的
• 如果在传输层不分段，一旦出现数据丢失，整个传输层的数据都要重传
• 如果在传输层分了段，一旦出现数据丢失，只需要重传丢失的段即可

二、 TCP 流量控制

1. 如果没有流量控制

• 如果接收方的缓存区满了，发送方还在疯狂的发送数据
• 接收方只能把收到的数据包丢掉，大量的丢包会极大的浪费网络资源

2. 流量控制起的作用是什么？

• 让发送方的发送速率不要太快，让接收方来得及接收处理

3. 流量控制起的原理是什么？

• 通过确认报文中窗口字段来控制发送方的发送速率
• 发送方的发送窗口大小不能超过接收方给出窗口大小
• 当发送方收到接收窗口的大小为 0 时，发送方就会停止发送数据

4. 流量控制的图示（理解下图）

流量控制的图示

5. 有一种特殊情况：①一开始，接收方给发送方发送了 0 窗口的报文段②后面，接收方有了一些储存空间，给发送方发送的非0 窗口的报文段丢失了③发送方的发送窗口一直为零，双方陷入僵局。如何解决？

• 当发送方收到 0 窗口通知时，这是发送方停止发送报文
• 并且同时开启一个定时器，隔一段时间就发个测试报文去询问接收方最新的窗口大小
• 如果接收的窗口大小还是为 0，则发送方再次刷新启动定时器

三、 TCP 拥塞控制

1. 什么是拥塞？（结合理想情况和实际情况）

拥塞示意图

• 理想情况： 1000M 带宽的链路，可以最多容纳 1000M 的流量，当超过 1000M 后多余数据被丢失，依然维持 1000M 的负载
• 实际情况： 1000M 带宽的链路，大概率在 500M 的时候就会开始轻度拥塞也就容易丢包，如果继续增长就会导致 1000M 带宽的负载越来越低，甚至堵死归零
• 类比我们现实生活的交通公路，一条公路如果理想下能容纳 1000 辆汽车同行，那么实际上公路同行量为 300 时还算比较顺畅；如果继续增加汽车数量就开始拥堵了，当达到 2000 辆汽车时，可能会导致公路的通行量就归零了。

2. 拥塞控制的目的是什么？

• 防止过多的数据注入到网络中
• 避免网络中的路由器或链路过载

3. 拥塞控制和流量控制对比？

• 拥塞控制：是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、路由器，是大家共同努力的结果
• 流量控制：是点对点通信的控制

4. 几个名次缩写了解？

• MSS（Maximum Segment Size）
• 告诉对方，自己传递每个数据包部分大小的最大值（1500 - 网络层首部 - TCP 首部），在建立连接时确定

• cwnd（congestion window）
• 拥塞窗口

• rwnd（receive window）
• 接收窗口

• swnd（send window）
• 发送窗口
• swnd = min(cwnd, rwnd)

5. 拥塞控制有哪几个方法？

• 慢开始（slow start）
• 拥塞避免（congestion avoidance）
• 快速重传（fast retransmit）
• 快速恢复（fast recovery）

6. 慢开始（slow start）

慢开始图解

• cwnd 的初始值比较小，然后随着数据包被接收方确认（收到一个ACK）
• cwnd 就成倍数增城（指数级）

7. 拥塞避免（congestion avoidance）

拥塞避免

8. 快速重传（fast retransmit）

快速重传图解

• 接收方
• 每收到一个失序的分组后就立即发出重复确认
• 使发送方及时知道有分组没有到达
• 而不要等待转机发送数据时才进行确认

• 发送方
• 只要连续收到三个重复确认（总共 4 个相同的确认），就应当立即重传对方尚未收到的报文段
• 而不必继续等待重传计时器到期后再重传

9. 快速恢复（fast recovery）

image.png

• 当发送方连续收到三个重复确认，就执行乘法减小算法，把 ssthresh 减半
• 与慢开始不同之处是现在不执行慢开始算法，即 cwnd 现在不恢复到初始值
• 而是把 cwnd 值设置为 ssthresh 减半后的数值
• 然后开始执行拥塞避免算法（加法增大），是拥塞窗口缓慢地线性增大