网络基础—TCP的超时重传、滑动窗口、拥塞控制、快重传和快恢复

淩亂°似流年 2022-05-20 05:54 184阅读 0赞

##### TCP超时重传 #####

原理是在发送某一个数据以后就开启一个计时器，在一定时间内如果没有得到发送的数据报的ACK报文，那么就重新
    发送数据，直到发送成功为止。 
        影响超时重传机制协议效率的一个关键参数是重传超时时间（RTO，Retransmission TimeOut）。RTO的
    值被设置过大过小都会对协议造成不利影响。 
        （1）RTO设长了，重发就慢，没有效率，性能差。 
        （2）RTO设短了，重发的就快，会增加网络拥塞，导致更多的超时，更多的超时导致更多的重发。 
        连接往返时间（RTT，Round Trip Time），指发送端从发送TCP包开始到接收它的立即响应所消耗的时间。

##### TCP滑动窗口 #####

作用：（1）提供TCP的可靠性；（2）提供TCP的流控特性  
![这里写图片描述][E6_BB_91_E5_8A_A8_E7_AA_97_E5_8F_A3.jpg]  
![这里写图片描述][E6_BB_91_E5_8A_A8_E7_AA_97_E5_8F_A32.jpg]

TCP的滑动窗口的可靠性也是建立在“确认重传”基础上的。 
    发送窗口只有收到对端对于本段发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的左边界。 
    接收端可以根据自己的状况通告窗口大小，从而控制发送端的接收，进行流量控制。

##### TCP的拥塞控制 #####

拥塞控制是一个全局性的过程； 流量控制是点对点通信量的控制 
    　　TCP拥塞控制4个核心算法：慢开始（slow start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快速重传（fast 
    retransmit）、快速回复（fast recovery）     　　
    　　拥塞窗口（cwnd，congestion window），其大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化。
    　　 
        慢开始算法的思路就是，不要一开始就发送大量的数据，先探测一下网络的拥塞程度，也就是说
    由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小。

> 为了防止cwnd增长过大引起网络拥塞，还需设置一个慢开始门限ssthresh状态变量。ssthresh的用法如下：  
> 当cwnd < ssthresh时，使用慢开始算法。  
> 当cwnd > ssthresh时，改用拥塞避免算法。  
> 当cwnd = ssthresh时，慢开始与拥塞避免算法任意。

拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送发的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍。
    
    无论是在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞，就把慢开始门限设置为出现拥
    塞时的发送窗口大小的一半。然后把拥塞窗口设置为1，执行慢开始算法。如下图：

![这里写图片描述][20151226230932642]

> 拥塞控制的具体过程如下：  
> （1）TCP连接初始化，将拥塞窗口设置为1  
> （2）执行慢开始算法，cwnd按指数规律增长，直到cwnd=ssthresh时，开始执行拥塞避免算法，cwnd按线性规律增长  
> （3）当网络发生拥塞，把ssthresh值更新为拥塞前ssthresh值的一半，cwnd重新设置为1，按照步骤（2）执行

##### 快速重传和快速恢复 #####

**快速重传**(Fast retransmit)要求接收方在收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方），而不要等到自己发送数据时捎带确认。  
　　快重传算法规定，发送方只要一连收到3个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段，而不必继续等待设置的重传计数器时间到期。

**快速恢复**(Fast Recovery)  
　　（1）当发送方连续收到三个重复确认，就执行“乘法减小”算法，把慢开始门限ssthresh减半。这是为了预防网络发生拥塞。请注意：接下去不执行慢开始算法。  
（2）由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞，因此与慢开始不同之处是现在不执行慢开始算法（即拥塞窗口cwnd现在不设置为1），而是把cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法（“加法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大。

> 发送方窗口的上限值 = Min \[ rwnd, cwnd \]  
> 当rwnd < cwnd 时，是接收方的接收能力限制发送方窗口的最大值。  
> 当cwnd < rwnd 时，则是网络的拥塞限制发送方窗口的最大值。

##### 各个窗口间的关系 #####

> 滑动窗口  
> 再不用等待ACK的情况下，最多能发送多少数据量
> 
> 流量控制窗口  
> 接收端的数据处理能力（缓冲区），能接收的数据量
> 
> 拥塞控制窗口  
> 慢开始机制，发送少量数据探测当前网络的拥堵情况

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