TCP 原理学习 3 拥塞避免算法

最完整，原始的拥塞避免算法描述可以查找［Jacobson 1988］ 这个论文文档。

这个算法是为了处理在连接双方的某个中间节点发生了拥塞，比如在一个处理能力相对较弱的路由器上，当收到的报文超过了它处理能力允许的最大缓存队列个数时，它就会丢弃一些报文，或许是后续收到的，或许是队列中的某些，根据不同的实现需求来丢弃相应的报文。
在TCP协议层面上判断一个网络连接出现拥塞有：
1.当一个等待确认ACK定时器超时，
2.当收到了一个重复的确认ACK。
当然这些并不一定都是由网络拥塞引起的，比如收到一个重复的ack，这个也有可能是因为一个乱序报文的ack导致的，但是这两个标记都表明了连接双方的网络出现了问题，这时的TCP应该要能够处理这样的问题。

在TCP中拥塞避免算法和慢启动算法是两个目的不同的，独立的算法，但是当拥塞发生时，tcp会降低分组进入网络的传输速率，这个时候就可以使用慢启动算法来做到这一点，在实际中这两个算法通常是一起实现的。

拥塞算法和慢启动需要为每个连接维护两个变量：一个拥塞窗口cwnd（这里计数的是以MSS为单位，比如拥塞窗口为1，即此时允许发送一个报文，报文大小是一个MSS字节）和一个慢启动门限ssthresh。

处理过程：

1.对一个给定的连接初始化上述的两个变量cwnd＝ 1和ssthresh为65535字节（貌似是一个基本的最大缓存大小，当然缓存后续可以通过选项变得更大以满足高速率带宽的网络）

2.TCP每次发送的报文不能超过cwnd和接收方通告窗口大小（window或许每次都会有变化）。拥塞避免是发送方的流量控制，而通过窗口则是接收方进行的流量控制（来达到适合自己处理能力的流量）。

前面两个步骤是在每个连接中都会有的处理过程（当然要启用慢启动和拥塞避免算法）。

3.发生拥塞时（收到重复ACK或者发生超时），ssthresh会被重新赋值为当前窗口大小的一半（准确的是cwnd和接收方通过窗口最小值的一半，但是最小不能小于2个报文段来）。此外，如果是超时引起了拥塞，则cwnd被设置为一个报文段（这里就是慢启动开始）。

4.当新的重传数据被接收方确认时，就增加cwnd，当增加的幅度区别于我们现在是使用慢启动还是拥塞避免。这里如果cwnd小于或者等于ssthresh时则使用的是慢启动（这个时候是按照指数级递增的），反之则使用的是拥塞避免。（慢启动一直持续到我们发生拥塞时记录的窗口一半的时候才停止，这个时候开始了拥塞避免）。


这里详细说明一下慢启动的cwnd的增加和拥塞避免时cwnd的增加。

慢启动，当发送了cwnd ＝ 1时，收到接收方的确认后，这个时候cwnd ＝ 2，即发送方可以发送 2个报文，当这两个报文的确认都收到时（这里有个疑问，因为接收方发送确认并不是和发送的报文一一对应的，这里怎么确认分别收到了上述发出的两个报文的确认，还是说只要ack能反应是对这两个报文的确认就可以了），发送方就可以就可以发送2个报文，然后是4个，8个...呈现2的指数增加。

拥塞避免，在开始执行拥塞算法时（即此时cwnd是刚开始大于ssthresh），每次收到接收方的确认的时候cwnd增加1/cwnd个大小，并且在一个RTT（一个报文发送到接收到ack的周期）之间最多只能为cwnd增加1，就是说不管接收到多少个ack都不会想慢启动那样指数的增加。