(8.5.1)--8.3TCP传输控制协议（8.3.4）学习资料.ppt

第八章8.3.4 TCP拥塞控制1、拥塞控制的基本原理在某段时间内，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的能力，而导致网络性能下降，这种现象称为拥塞(congestion)。1、拥塞控制的基本原理网络出现拥塞的条件可表示为若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。实践证明，拥塞控制是很难设计的，因为它是一个动态的（而不是静态的）问题。8.3.4 TCP拥塞控制(续4)拥塞控制的一般原理当前网络正朝着高速化的方向发展，这很容易出现缓存不够大而造成分组的丢失。但分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因。8.3.4 TCP拥塞控制(续4)拥塞控制的一般原理在许多情况下，甚至正是拥塞控制本身成为引起网络性能恶化甚至发生死锁的原因。这点应特别引起重视。8.3.4 TCP拥塞控制(续4)拥塞控制的一般原理TCP的四种拥塞控制办法01020304慢开始拥塞避免快重传快恢复1.数据是单向传送的，而另一个方向只传送确认。为了简化讨论，我们进行如下假设：2.接收方总是有足够大的缓存空间，因而发送方窗口大小由网络的拥塞程度来决定。3.以TCP报文段的个数为讨论问题的单位，而不是以字节为单位。发送方维护一个叫拥塞窗口cwnd的状态变量，其值取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。TCP数据报文段TCP确认报文段发送方接收方cwndswnd=cwndssthresh 拥塞窗口cwnd 的维护原则是：只要网络没有出现拥塞，拥塞窗口就增大一些，但只要网络出现拥塞，拥塞窗口就减少一些。TCP数据报文段TCP确认报文段发送方接收方cwndswnd=cwndssthresh 判断网络出现拥塞的依据；没有按时收到应当到达的确认报文（即发生重传）。TCP数据报文段TCP确认报文段发送方接收方cwndswnd=cwndssthresh 发送方将拥塞窗口作为发送窗口，swnd=cwnd 维护一个慢开始门限ssthresh状态变量：8.3.4 TCP拥塞控制慢开始算法与拥塞算法示意图 超时超时24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwnd3-ACKssthresh 的初始值的初始值拥塞避免拥塞避免24拥塞避免拥塞避免拥塞避免拥塞避免慢开始慢开始慢开始慢开始超时超时24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwnd3-ACKssthresh 的初始值的初始值拥塞避免拥塞避免24拥塞避免拥塞避免拥塞避免拥塞避免慢开始慢开始慢开始慢开始当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口置为 1。慢开始门限的初始值设置为 16 个报文段，即ssthresh=16。cwnd=1=swnd cwnd=1+1=2 cwnd=2+2=4 cwnd=4+4=8 cwnd=8+8=16 慢开始算法时每个传输轮次，拥塞窗口按指数规律增长。超时超时24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwnd3-ACKssthresh 的初始值的初始值拥塞避免拥塞避免24拥塞避免拥塞避免拥塞避免拥塞避免cwnd=16，达到了慢开始门限值，改用拥塞避免算法。也就是每个传输轮次，拥塞窗口cwnd只能线性加1。cwnd+1=17cwnd+1=18.cwnd=24重传计时器超时（图中的点），发送方判断为网络拥塞。丢失失4个个超时超时24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwnd3-ACKssthresh 的初始值的初始值拥塞避免拥塞避免24拥塞避免拥塞避免拥塞避免拥塞避免cwnd=24，重传计时器超时，发送方判断为网络拥塞。于是1.调整门限值 ssthresh=cwnd/2=12，2.同时设置拥塞窗口 cwnd=1，进入慢开始阶段cwnd=12，停止使用慢开始算法，转而使用拥塞避免算法。24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwndssthresh 的初始值的初始值24开始使用慢开始算法，让拥塞窗口cwnd的值，从1开始指数增长，当拥塞窗口cwnd的值增长到初始的慢开始门限值时，停止使用慢开始算法，转而使用拥塞避免算法。慢开始慢开始8.3.4 TCP拥塞控制24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwndssthresh 的初始值的初始值24慢开始慢开始8.3.4 TCP拥塞控制拥塞避免拥塞避免发生超时重传，可能出现拥塞发生超时重传，可能出现拥塞24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwndssthresh 的初始值的初始值24慢开始慢开始8.3.4 TCP拥塞控制拥塞避免拥塞避免超时慢开始慢开始24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwndssthresh 的初始值的初始值24慢开始慢开始8.3.4 TCP拥塞控制拥塞避免拥塞避免超时慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免慢开始和拥塞避免算法是1988年提出的TCP拥塞控制算法。8.3.4 TCP拥塞控制(2)快重传和快恢复1990年又增加了两个新的拥塞控制算法，快重传和快恢复，用以改进TCP的性能。有时个别报文段会在网络中丢失，但实际上网络并未发生拥塞8.3.4 TCP拥塞控制(2)快重传和快恢复这将导致发送方超时重传，并误认为网络发生了拥塞于是发送方错误的重新启动慢开始算法，并把拥塞窗口cwnd又设置为最小值1，因而降低了传输效率FR(Fast Retransmission)算法可以让发送方。所进行谓快重传就是使发送方尽快进行重传，而不是等超时重传计时器超时再进行重传该算法要求接收方不要等待自己发送数据时才进行捎带确认，而是要立即发送确认；包括即使收到了失序的报文段也要立即发出对已收到的报文段的重复确认。8.3.4 TCP拥塞控制(2)快重传和快恢复发送方一旦收到三个连续的重复确认，就将相应的报文立即重传。24快重传的示意图发送方接收方发送 M1 确认 M1t 确认 M2 发送 M2发送 M3发送 M4？发送 M5发送 M6 重复确认 M2 立即重传 M3 重复确认 M2 重复确认 M2 t发送 M7收到三个收到三个连续的对连续的对 M2 的重复的重复确认立即确认立即重传重传 M38.3.4 TCP拥塞控制(续42)就是使发送方，而不是等超时计时器超时再进行重传。要求接收方不要等待自己发送数据时才进行捎带确认，而是要立即发送确认8.3.4 TCP拥塞控制(续42)即使收到失序的报文段也要立即发出对已收到的报文段的重复确认。发送方一旦收到3个连续的重复确认，就将相应的报文段立即重传，而不是等该报文段的超时计时器超时再重传。8.3.4 TCP拥塞控制对于个别丢失的报文段，发送方不会出现超时重传，也就不会误认为出现了拥塞（进而将拥塞窗口cwnd的值为最小值1）。使用快重传可以使整个网络的吞吐量提高约20%。发送方一旦收到3个重复确认，就知道现在只是丢失了个别报文段，于是不启动慢开始算法，而是执行快恢复算法。8.3.4 TCP拥塞控制发送方将慢开始门限值和拥塞窗口值调整为当前窗口的一半，开始执行拥塞避免算法。为了提高传输效率，发送方可以不使用低效率的停止等待协议，而是采用流水线传输。8.3.3 TCP 传输控制(续16)(2)连续ARQ协议流水线传输就是发送方可连续发送多个分组，不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。这样可使信道上一直有数据不间断地传送。显然，由于信道上一直有数据不间断地传送，这种传输方式可获得很高的信道利用率。8.3.3 TCP 传输控制(续16)(2)连续ARQ协议也有的快恢复实现是把快恢复开始时的拥塞窗口值再增大一些，即等于新的ssthresh+38.3.4 TCP拥塞控制既然发送方收到3个重复的确认，就表明有3个数据报文段已经离开了网络8.3.4 TCP拥塞控制这3个报文段不再消耗网络资源，而是停留在接收方的接收缓存中8.3.4 TCP拥塞控制可见现在网络中不是堆积了报文段而是减少了3个报文段。因此可以适当把拥塞窗口扩大一些。8.3.4 TCP拥塞控制24681012 14 16 18 20 22004824121620传输轮次传输轮次拥塞窗口拥塞窗口 cwndssthresh 的初始值的初始值24慢开始慢开始8.3.4 TCP拥塞控制拥塞避免拥塞避免超时当发送方收到3个重复确认时，就进行快重传和快恢复。调整门限值ssthresh=cwnd/2=8cwnd=ssthresh=8慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免ssthresh更新值更新值1ssthresh更新值更新值2感 谢 您 的 观 看