TCP擁塞演算法的演進

Ⅰ 常見的tcp擁塞控制有哪幾種演算法

慢啟動：最初的TCP在連接建立成功後會向網路中發送大量的數據包，這樣很容易導致網路中路由器緩存空間耗盡，從而發生擁塞。因此新建立的連接不能夠一開始就大量發送數據包，而只能根據網路情況逐步增加每次發送的數據量，以避免上述現象的發生。具體來說，當新建連接時，cwnd初始化為1個最大報文段(MSS)大小，發送端開始按照擁塞窗口大小發送數據，每當有一個報文段被確認，cwnd就增加1個MSS大小。這樣cwnd的值就隨著網路往返時間(Round Trip Time,RTT)呈指數級增長，事實上，慢啟動的速度一點也不慢，只是它的起點比較低一點而已。我們可以簡單計算下：
開始 ---> cwnd = 1
經過1個RTT後 ---> cwnd = 2*1 = 2
經過2個RTT後 ---> cwnd = 2*2= 4
經過3個RTT後 ---> cwnd = 4*2 = 8
如果帶寬為W，那麼經過RTT*log2W時間就可以占滿帶寬。
擁塞避免：從慢啟動可以看到，cwnd可以很快的增長上來，從而最大程度利用網路帶寬資源，但是cwnd不能一直這樣無限增長下去，一定需要某個限制。TCP使用了一個叫慢啟動門限(ssthresh)的變數，當cwnd超過該值後，慢啟動過程結束，進入擁塞避免階段。對於大多數TCP實現來說，ssthresh的值是65536(同樣以位元組計算)。擁塞避免的主要思想是加法增大，也就是cwnd的值不再指數級往上升，開始加法增加。此時當窗口中所有的報文段都被確認時，cwnd的大小加1，cwnd的值就隨著RTT開始線性增加，這樣就可以避免增長過快導致網路擁塞，慢慢的增加調整到網路的最佳值。
上面討論的兩個機制都是沒有檢測到擁塞的情況下的行為，那麼當發現擁塞了cwnd又該怎樣去調整呢？
首先來看TCP是如何確定網路進入了擁塞狀態的，TCP認為網路擁塞的主要依據是它重傳了一個報文段。上面提到過，TCP對每一個報文段都有一個定時器，稱為重傳定時器(RTO)，當RTO超時且還沒有得到數據確認，那麼TCP就會對該報文段進行重傳，當發生超時時，那麼出現擁塞的可能性就很大，某個報文段可能在網路中某處丟失，並且後續的報文段也沒有了消息，在這種情況下，TCP反應比較「強烈」：
1.把ssthresh降低為cwnd值的一半
2.把cwnd重新設置為1
3.重新進入慢啟動過程。
從整體上來講，TCP擁塞控制窗口變化的原則是AIMD原則，即加法增大、乘法減小。可以看出TCP的該原則可以較好地保證流之間的公平性，因為一旦出現丟包，那麼立即減半退避，可以給其他新建的流留有足夠的空間，從而保證整個的公平性。
其實TCP還有一種情況會進行重傳：那就是收到3個相同的ACK。TCP在收到亂序到達包時就會立即發送ACK，TCP利用3個相同的ACK來判定數據包的丟失，此時進行快速重傳，快速重傳做的事情有：
1.把ssthresh設置為cwnd的一半
2.把cwnd再設置為ssthresh的值(具體實現有些為ssthresh+3)
3.重新進入擁塞避免階段。
後來的「快速恢復」演算法是在上述的「快速重傳」演算法後添加的，當收到3個重復ACK時，TCP最後進入的不是擁塞避免階段，而是快速恢復階段。快速重傳和快速恢復演算法一般同時使用。快速恢復的思想是「數據包守恆」原則，即同一個時刻在網路中的數據包數量是恆定的，只有當「老」數據包離開了網路後，才能向網路中發送一個「新」的數據包，如果發送方收到一個重復的ACK，那麼根據TCP的ACK機制就表明有一個數據包離開了網路，於是cwnd加1。如果能夠嚴格按照該原則那麼網路中很少會發生擁塞，事實上擁塞控制的目的也就在修正違反該原則的地方。
具體來說快速恢復的主要步驟是：
1.當收到3個重復ACK時，把ssthresh設置為cwnd的一半，把cwnd設置為ssthresh的值加3，然後重傳丟失的報文段，加3的原因是因為收到3個重復的ACK，表明有3個「老」的數據包離開了網路。
2.再收到重復的ACK時，擁塞窗口增加1。
3.當收到新的數據包的ACK時，把cwnd設置為第一步中的ssthresh的值。原因是因為該ACK確認了新的數據，說明從重復ACK時的數據都已收到，該恢復過程已經結束，可以回到恢復之前的狀態了，也即再次進入擁塞避免狀態。
快速重傳演算法首次出現在4.3BSD的Tahoe版本，快速恢復首次出現在4.3BSD的Reno版本，也稱之為Reno版的TCP擁塞控制演算法。
可以看出Reno的快速重傳演算法是針對一個包的重傳情況的，然而在實際中，一個重傳超時可能導致許多的數據包的重傳，因此當多個數據包從一個數據窗口中丟失時並且觸發快速重傳和快速恢復演算法時，問題就產生了。因此NewReno出現了，它在Reno快速恢復的基礎上稍加了修改，可以恢復一個窗口內多個包丟失的情況。具體來講就是：Reno在收到一個新的數據的ACK時就退出了快速恢復狀態了，而NewReno需要收到該窗口內所有數據包的確認後才會退出快速恢復狀態，從而更一步提高吞吐量。
SACK就是改變TCP的確認機制，最初的TCP只確認當前已連續收到的數據，SACK則把亂序等信息會全部告訴對方，從而減少數據發送方重傳的盲目性。比如說序號1，2，3，5，7的數據收到了，那麼普通的ACK只會確認序列號4，而SACK會把當前的5，7已經收到的信息在SACK選項裡面告知對端，從而提高性能，當使用SACK的時候，NewReno演算法可以不使用，因為SACK本身攜帶的信息就可以使得發送方有足夠的信息來知道需要重傳哪些包，而不需要重傳哪些包。

Ⅱ 論述題：傳統TCP擁塞控制在無線移動網路中存在的問題和解決的思路

網路擁塞所導致的直接結果是分組丟失率提高，端到端的延遲增大，甚至有可能使整個系統發生崩潰。TCP的擁塞控制機制是互聯網正常運行的關鍵，也是互聯網迅猛發展的主要技術基礎。互聯網設計初期，對於擁塞控制是通過TCP中端到端基於窗口的流量控制來實現的。1988年，Van Jacobson」指出了TCP在控制網路擁塞方面的不足，並提出了「慢啟動」和「擁塞避免」演算法，並在後來被所有的互聯網主機所支持。相當長一段時間內，接收端驅動的互聯網流量控制是唯一可行的擁塞控制方案，面流量控制只是與特定的接收方和發送方之間的點對點流量有關，因此流量控制只是擁塞控制的一種技術途徑而已。目前主要有這幾種解決方法：TCP的滑動窗口機制，自同步，加性增加乘性減小機制，重發超時管理。

Ⅲ TCP擁塞窗口的問題

TCP擁塞控制最開始採用慢開始演算法，擁塞窗口值cwnd從1開始按指數增加，1、2、4、8（第1——4次的值）；這時達到了ssthresh的初始值8，轉而採用擁塞避免演算法，擁塞窗口值cwnd從ssthresh初始值8按線性+1增加，因此為9、10、11、12（第4——8次的值）；到了cwnd=12時網路發生超時，這時改ssthreash的值為發生超時時cwnd的值的一半（即為12/2=6），並重新採用慢開始演算法，改cwnd的值為1（這是第9次的值），然後cnwd的值依然按指數增加，2、4（第10、11次），理論上按這個演算法再增加就是cnwd=8了，超過了ssthresh=6，所以第12次開始改為擁塞避免演算法、cwnd的值從6開始按線性+1，即為6、7、8、9（第12——15次）。
純手打，希望能幫助你理解。

Ⅳ TCP的擁塞控制演算法中,請簡述慢開始演算法和擁塞避免演算法的基本思想

慢開始演算法:
cwnd每收到一個acknowledge增加1
擁塞避免演算法
當cwnd達到或者超過當前設定的threshold後，cwnd每個RTT增加1。
如果發生timeout, cwnd = 1，threshold=cwnd/2. 重新進入慢開始。
如果收到3個重復的acknowledgement, cwnd = threshold = cwnd/2.

Ⅳ TCP協議採取了哪些機制來進行擁塞控制

最初的TCP協議只有基於窗口的流控制（flow control）機制而沒有擁塞控制機制，流控制是一種局部控制機制，其參與者僅僅是發送方和接收方，它只考慮了接收端的接收能力，而沒有考慮到網路的傳輸能力；而擁塞控制則注重於整體，其考慮的是整個網路的傳輸能力，是一種全局控制機制。 擁塞控制機制使得TCP連接在網路發生擁塞時回退（back off），也就是說TCP源端會對網路發出的擁塞指示（congestion notification）（例如丟包、重復的ACK等）作出響應。 針對TCP在控制網路擁塞方面的不足，後來又提出了「慢啟動」（Slow Start）和「擁塞避免」（Congestion Avoidance）演算法。 TCP Reno版本增加了「快速重傳 」（Fast Retransmit）、「快速恢復」（Fast Recovery）演算法，避免了網路擁塞不嚴重時採用「慢啟動」演算法而造成過大地減小發送窗口尺寸的現象，這樣TCP的擁塞控制就由這4個核心部分組成。 近幾年又出現TCP的改進版本如NewReno和選擇性應答（selective acknowledgement，SACK）等。

Ⅵ 在TCP的擁塞控制中,什麼是慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復演算法

慢開始：在主機剛剛開始發送報文段時可先將擁塞窗口cwnd設置為一個最大報文段MSS的數值。在每收到一個對新的報文段的確認後，將擁塞窗口增加至多一個MSS的數值。

擁塞避免：當擁塞窗口值大於慢開始門限時，停止使用慢開始演算法而改用擁塞避免演算法。

快重傳演算法：發送端只要一連收到三個重復的ACK即可斷定有分組丟失了，就應該立即重傳丟手的報文段而不必繼續等待為該報文段設置的重傳計時器的超時。

接下來執行的不是慢啟動演算法而是擁塞避免演算法。這就是快速恢復演算法。.

防止擁塞的方法

（1）在傳輸層可採用：重傳策略、亂序緩存策略、確認策略、流控制策略和確定超時策略。

（2）在網路層可採用：子網內部的虛電路與數據報策略、分組排隊和服務策略、分組丟棄策略、路由演算法和分組生存管理。

（3）在數據鏈路層可採用：重傳策略、亂序緩存策略、確認策略和流控制策略。

Ⅶ 計算機網路原理 簡述TCP擁塞控制中慢啟動的過程

TCP採用慢開始和擁塞避免的方法控制發送
慢開始的思路是，先測試一下，在由小到大的增大發送窗口
具體的：預先設置一個慢開始門限，ssthresh(用於控制擁塞）
先設擁塞窗口cwnd=1，發送第一個報文，收到確認後把cwnd設為2，在發送，收到回復後，再把cwnd增加2個，即，收到回復後就把cwnd增加一倍，這就是慢開始演算法
當cwnd>ssthresh就停止上述的慢開始演算法而使用擁塞避免演算法
擁塞避免演算法就是每收到一個回復後就把cwnd加1，直到出現擁塞
無論在慢開始還是擁塞避免時只要出現擁塞就把ssthresh設為原值的一半（這就是乘法減小)並把cwnd設為1，在執行慢開始演算法，重復上述過程

Ⅷ TCP擁塞控制

以下資料參考：為了防止網路的擁塞現象，TCP提出了一系列的擁塞控制機制。最初由V. Jacobson在1988年的論文中提出的TCP的擁塞控制由「慢啟動(Slow start)」和「擁塞避免(Congestion avoidance)」組成，後來TCP Reno版本中又針對性的加入了「快速重傳(Fast retransmit)」、「快速恢復(Fast Recovery)」演算法，再後來在TCP NewReno中又對「快速恢復」演算法進行了改進，近些年又出現了選擇性應答( selective acknowledgement,SACK)演算法，還有其他方面的大大小小的改進，成為網路研究的一個熱點。TCP的擁塞控制主要原理依賴於一個擁塞窗口(cwnd)來控制，在之前我們還討論過TCP還有一個對端通告的接收窗口(rwnd)用於流量控制。窗口值的大小就代表能夠發送出去的但還沒有收到ACK的最大數據報文段，顯然窗口越大那麼數據發送的速度也就越快，但是也有越可能使得網路出現擁塞，如果窗口值為1，那麼就簡化為一個停等協議，每發送一個數據，都要等到對方的確認才能發送第二個數據包，顯然數據傳輸效率低下。TCP的擁塞控制演算法就是要在這兩者之間權衡，選取最好的cwnd值，從而使得網路吞吐量最大化且不產生擁塞。由於需要考慮擁塞控制和流量控制兩個方面的內容，因此TCP的真正的發送窗口=min(rwnd, cwnd)。但是rwnd是由對端確定的，網路環境對其沒有影響，所以在考慮擁塞的時候我們一般不考慮rwnd的值，我們暫時只討論如何確定cwnd值的大小。關於cwnd的單位，在TCP中是以位元組來做單位的，我們假設TCP每次傳輸都是按照MSS大小來發送數據的，因此你可以認為cwnd按照數據包個數來做單位也可以理解，所以有時我們說cwnd增加1也就是相當於位元組數增加1個MSS大小。慢啟動：最初的TCP在連接建立成功後會向網路中發送大量的數據包，這樣很容易導致網路中路由器緩存空間耗盡，從而發生擁塞。因此新建立的連接不能夠一開始就大量發送數據包，而只能根據網路情況逐步增加每次發送的數據量，以避免上述現象的發生。具體來說，當新建連接時，cwnd初始化為1個最大報文段(MSS)大小，發送端開始按照擁塞窗口大小發送數據，每當有一個報文段被確認，cwnd就增加1個MSS大小。這樣cwnd的值就隨著網路往返時間(Round Trip Time,RTT)呈指數級增長，事實上，慢啟動的速度一點也不慢，只是它的起點比較低一點而已。我們可以簡單計算下： 開始 ---> cwnd = 1 經過1個RTT後 ---> cwnd = 2*1 = 2 經過2個RTT後 ---> cwnd = 2*2= 4 經過3個RTT後 ---> cwnd = 4*2 = 8如果帶寬為W，那麼經過RTT*log2W時間就可以占滿帶寬。擁塞避免：從慢啟動可以看到，cwnd可以很快的增長上來，從而最大程度利用網路帶寬資源，但是cwnd不能一直這樣無限增長下去，一定需要某個限制。TCP使用了一個叫慢啟動門限(ssthresh)的變數，當cwnd超過該值後，慢啟動過程結束，進入擁塞避免階段。對於大多數TCP實現來說，ssthresh的值是65536(同樣以位元組計算)。擁塞避免的主要思想是加法增大，也就是cwnd的值不再指數級往上升，開始加法增加。此時當窗口中所有的報文段都被確認時，cwnd的大小加1，cwnd的值就隨著RTT開始線性增加，這樣就可以避免增長過快導致網路擁塞，慢慢的增加調整到網路的最佳值。上面討論的兩個機制都是沒有檢測到擁塞的情況下的行為，那麼當發現擁塞了cwnd又該怎樣去調整呢？首先來看TCP是如何確定網路進入了擁塞狀態的，TCP認為網路擁塞的主要依據是它重傳了一個報文段。上面提到過，TCP對每一個報文段都有一個定時器，稱為重傳定時器(RTO)，當RTO超時且還沒有得到數據確認，那麼TCP就會對該報文段進行重傳，當發生超時時，那麼出現擁塞的可能性就很大，某個報文段可能在網路中某處丟失，並且後續的報文段也沒有了消息，在這種情況下，TCP反應比較「強烈」：1.把ssthresh降低為cwnd值的一半2.把cwnd重新設置為13.重新進入慢啟動過程。從整體上來講，TCP擁塞控制窗口變化的原則是AIMD原則，即加法增大、乘法減小。可以看出TCP的該原則可以較好地保證流之間的公平性，因為一旦出現丟包，那麼立即減半退避，可以給其他新建的流留有足夠的空間，從而保證整個的公平性。其實TCP還有一種情況會進行重傳：那就是收到3個相同的ACK。TCP在收到亂序到達包時就會立即發送ACK，TCP利用3個相同的ACK來判定數據包的丟失，此時進行快速重傳，快速重傳做的事情有：1.把ssthresh設置為cwnd的一半2.把cwnd再設置為ssthresh的值(具體實現有些為ssthresh+3)3.重新進入擁塞避免階段。後來的「快速恢復」演算法是在上述的「快速重傳」演算法後添加的，當收到3個重復ACK時，TCP最後進入的不是擁塞避免階段，而是快速恢復階段。快速重傳和快速恢復演算法一般同時使用。快速恢復的思想是「數據包守恆」原則，即同一個時刻在網路中的數據包數量是恆定的，只有當「老」數據包離開了網路後，才能向網路中發送一個「新」的數據包，如果發送方收到一個重復的ACK，那麼根據TCP的ACK機制就表明有一個數據包離開了網路，於是cwnd加1。如果能夠嚴格按照該原則那麼網路中很少會發生擁塞，事實上擁塞控制的目的也就在修正違反該原則的地方。具體來說快速恢復的主要步驟是：1.當收到3個重復ACK時，把ssthresh設置為cwnd的一半，把cwnd設置為ssthresh的值加3，然後重傳丟失的報文段，加3的原因是因為收到3個重復的ACK，表明有3個「老」的數據包離開了網路。 2.再收到重復的ACK時，擁塞窗口增加1。3.當收到新的數據包的ACK時，把cwnd設置為第一步中的ssthresh的值。原因是因為該ACK確認了新的數據，說明從重復ACK時的數據都已收到，該恢復過程已經結束，可以回到恢復之前的狀態了，也即再次進入擁塞避免狀態。快速重傳演算法首次出現在4.3BSD的Tahoe版本，快速恢復首次出現在4.3BSD的Reno版本，也稱之為Reno版的TCP擁塞控制演算法。可以看出Reno的快速重傳演算法是針對一個包的重傳情況的，然而在實際中，一個重傳超時可能導致許多的數據包的重傳，因此當多個數據包從一個數據窗口中丟失時並且觸發快速重傳和快速恢復演算法時，問題就產生了。因此NewReno出現了，它在Reno快速恢復的基礎上稍加了修改，可以恢復一個窗口內多個包丟失的情況。具體來講就是：Reno在收到一個新的數據的ACK時就退出了快速恢復狀態了，而NewReno需要收到該窗口內所有數據包的確認後才會退出快速恢復狀態，從而更一步提高吞吐量。SACK就是改變TCP的確認機制，最初的TCP只確認當前已連續收到的數據，SACK則把亂序等信息會全部告訴對方，從而減少數據發送方重傳的盲目性。比如說序號1，2，3，5，7的數據收到了，那麼普通的ACK只會確認序列號4，而SACK會把當前的5，7已經收到的信息在SACK選項裡面告知對端，從而提高性能，當使用SACK的時候，NewReno演算法可以不使用，因為SACK本身攜帶的信息就可以使得發送方有足夠的信息來知道需要重傳哪些包，而不需要重傳哪些包。

Ⅸ tcp如何實現擁塞控制

TCP擁塞控制是傳輸控制協議（英語：Transmission Control Protocol，縮寫TCP）避免網路擁塞的演算法，是互聯網上主要的一個擁塞控制措施。它使用一套基於線增積減模式的多樣化網路擁塞控制方法（包括慢啟動和擁塞窗口等模式）來控制擁塞。在互聯網上應用中有相當多的具體實現演算法。

在TCP中，擁塞窗口（congestion window）是任何時刻內確定能被發送出去的位元組數的控制因素之一，是阻止發送方至接收方之間的鏈路變得擁塞的手段。他是由發送方維護，通過估計鏈路的擁塞程度計算出來的，與由接收方維護的接收窗口大小並不沖突。

1、慢開始演算法：

簡單的說，開始傳輸時，傳輸的數據由小到大遞增到一個值(即發送窗口由小到大(指數增長)逐漸增大到擁塞窗口的數值)。

2、擁塞避免演算法：

數據發送出去，並發到接收方發回來的確認收到，擁塞窗口每次值加1地線性增大。

3、快重傳演算法：

數據傳輸時(數據被分成報文，每個報文都有個序號)，中間的一部分丟失接收方沒收到，接收方連續接到後面的數據，則發回對丟失前的數據的重復確認，這樣發送方就知道有部分數據丟失了，於是從丟失出重傳數據。

4、快恢復演算法：

快恢復是與快重傳配合的演算法，在發生數據丟失時，發送方收到接收方發回的三個重復確認信息時，就把每次傳輸的數據量減為原來的一半，擁塞窗口也修改為這個值,然後又開始擁塞避免的演算法。