在某段时间,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络的性能就要 变坏。这种情况就叫拥塞。拥塞控制就是为了防止过多的数据注入到网络中,这样就可以使网 络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制所要做的都有一个前提,就是网络能够承受现有的网 络负荷。拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的主机,所有的路由器,以及与降低网络 传输性能有关的所有因素。相反,流量控制往往是点对点通信量的控制,是个端到端的问题。 流量控制所要做到的就是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收。
为了进行拥塞控制,TCP 发送方要维持一个 拥塞窗口(cwnd) 的状态变量。拥塞控制窗口的大 小取决于网络的拥塞程度,并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的 接受窗口中较小的一个。
TCP的拥塞控制采用了四种算法,即 慢开始 、 拥塞避免 、快重传 和 快恢复。在网络层也可以 使路由器采用适当的分组丢弃策略(如主动队列管理 AQM),以减少网络拥塞的发生。
- 慢开始: 慢开始算法的思路是当主机开始发送数据时,如果立即把大量数据字节注入到 网络,那么可能会引起网络阻塞,因为现在还不知道网络的符合情况。经验表明,较好 的方法是先探测一下,即由小到大逐渐增大发送窗口,也就是由小到大逐渐增大拥塞窗 口数值。cwnd初始值为1,每经过一个传播轮次,cwnd加倍。
- 拥塞避免: 拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢增大,即每经过一个往返时间 RTT就把发送放的cwnd加1.
- 快重传与快恢复: 在 TCP/IP 中,快速重传和恢复(fast retransmit and recovery, FRR)是一种拥塞控制算法,它能快速恢复丢失的数据包。没有 FRR,如果数据包丢失 了,TCP 将会使用定时器来要求传输暂停。在暂停的这段时间内,没有新的或复制的数 据包被发送。有了 FRR,如果接收机接收到一个不按顺序的数据段,它会立即给发送机 发送一个重复确认。如果发送机接收到三个重复确认,它会假定确认件指出的数据段丢 失了,并立即重传这些丢失的数据段。有了 FRR,就不会因为重传时要求的暂停被耽 误。 当有单独的数据包丢失时,快速重传和恢复(FRR)能最有效地工作。当有多个 数据信息包在某一段很短的时间内丢失时,它则不能很有效地工作。