TCP的流量控制和拥塞控制详解

1、流量控制

1.1 为什么要进行流量控制

1.2 如何控制

2、拥塞控制

2.1 概述

2.2 图解

1、流量控制

1.1 为什么要进行流量控制

双方在通信的时候，发送方的速率与接收方的速率是不一定相等，如果发送方的发送速率太快，会导致接收方处理不过来，这时候接收方只能把处理不过来的数据存在缓存区里（失序的数据包也会被存放在缓存区里）。

如果缓存区满了发送方还在疯狂着发送数据，接收方只能把收到的数据包丢掉，大量的丢包会极大着浪费网络资源，因此，我们需要控制发送方的发送速率，让接收方与发送方处于一种动态平衡才好。

对发送方发送速率的控制，我们称之为流量控制。

1.2 如何控制

由图中可知，TCP三次流量控制分别是，第一次窗口大小由400减到300，第二次减到100，第三次减到0。
TCP连接的一方如果收到零窗口通知，就会启动坚持计时器。若坚持计时器的时间到期，就会发送一个零窗口控测报文段，收到报文段的一方就重新设置坚持计时器。

2、拥塞控制

2.1 概述

为了提高网络利用率，降低丢包率，并保证网络资源对每条数据流的公平性，这就是拥塞控制。

拥塞控制包括四部分：慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复。
发送端向网络一次连续写入的数据量，我们称为swnd（Send Window，发送窗口）.但是发送端最终以TCP报文段来发送数据，所以swnd的大小限制了能连续发送的TCP报文段数量。这些TCP报文段的最大长度（仅数据部分）称为SMSS（Sender Maximum Segment Size，发送者最大段大小），其值一般等于MSS。
发送端需要合理的选择SWND的大小，如果SWND太小，会引起明显的网络延迟；反之，如果SWND太大，则容易导致网络拥塞。所以还需要引入一个称为拥塞窗口cwnd（Congestion Window,CWND）的状态变量

（1）慢开始
发送方维持一个拥塞窗口cwnd的状态变量。它的大小取决于网络的拥塞程度，并且在动态的变化，发送方会让自己的发送窗口等于这个拥塞窗口。
发送方控制拥塞窗口的原则是：

只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口就再增大一些，以便把更多的分组发送出去。
但只要网络出现拥塞，拥塞窗口就减小一些，以减少注入到网络中的分组数。

慢开始算法：因为不清楚网络状况，所以需要进行试探，将发送窗口逐渐增大，也就是逐渐增大拥塞窗口的数值。在刚开始发送的时候，先把拥塞窗口cwnd设置为最大报文段MSS，每收到一个对新报文段的确认后，就把拥塞窗口最多增加一个MSS数值。这种逐步增大的方法可以使分组注入到网络的速率更加合理。【指数增长】

例外，为了防止拥塞窗口过大引起网络拥塞，我们需要设置一个慢开始门限ssthreth状态变量，

当cwnd < ssthreth时，使用慢开始算法；

当cwnd > ssthrerth时，使用拥塞控制算法；

如果两者相等，两个都可以使用。

慢开始的“慢”并不是指cwnd增长速率慢而是说在TCP开始发送报文时，先设置CWND=1，使发送端开始时只发送一个报文段进行探测。

（2）拥塞避免
就是让拥塞窗口缓慢增大，即每经过一个往返时间RTT就使cwnd+1，这种线性增长的速率慢很多。
只要发送方判断出网络拥塞，不论是在慢开始还是拥塞控制阶段，都要把慢开始门限值设置为出现拥塞时发送端窗口大小的一半，但不能小于2。然后把cwnd重新置为1，执行慢开始算法。门限值减半，cwnd重置为1，做目的是减少发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器能够有时间能把队列中积压的分组处理掉。

发送端判断网络拥塞的依据：