流量控制

TCP流量控制是为了防止发送方发送数据过快，从而导致接收方无法及时处理而引起数据丢失。

滑动窗口

TCP流量控制主要通过滑动窗口机制来实现。滑动窗口是一种动态调整发送方发送数据量的方法，它基于接收方的接收能力来限制发送方的发送速率。

  1. 滑动窗口的概念：

    • 发送方和接收方分别维护一个窗口，表示当前可以发送或接收的数据量。

    • 发送窗口的大小取决于接收方的接收窗口大小，即接收方能够接收的数据量。

  2. 工作原理：

    • 发送方在发送数据前，会先查看接收方的接收窗口大小。

    • 根据接收窗口的大小，发送方调整自己的发送窗口，确保发送的数据量不会超过接收方的处理能力。

    • 当接收方处理完一部分数据后，会向发送方发送确认报文（ACK），并更新自己的接收窗口大小。

    • 发送方收到确认报文后，会更新自己的发送窗口，并根据新的窗口大小继续发送数据。

  3. 窗口的更新：

    • 接收方根据自己的接收能力和处理速度，动态调整接收窗口的大小，并通过确认报文通知发送方。

    • 发送方根据接收方发送的窗口更新报文，调整自己的发送窗口大小。

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具体操作

  1. 发送方的操作：

    • 发送方在发送数据时，会按照接收方的接收窗口大小来发送数据。

    • 如果接收方的接收窗口变小，发送方会相应地减少发送数据量。

    • 如果接收方的接收窗口变为0，发送方会停止发送数据，直到收到接收方发送的窗口更新报文为止。

  2. 接收方的操作：

    • 接收方在接收到数据后，会根据自己的处理能力和接收窗口大小来确认数据。

    • 如果接收方能够处理更多的数据，会增大接收窗口的大小，并通过确认报文通知发送方。

    • 如果接收方无法处理更多的数据，会减小接收窗口的大小，以限制发送方的发送速率。

优点

  1. 防止数据丢失：通过控制发送方的发送速率，避免接收方因处理不过来而导致数据丢失。

  2. 提高网络效率：确保数据能够有序、可靠地传输，提高网络的整体传输效率。

  3. 增强网络稳定性：在网络拥塞时，通过调整发送速率来减轻网络负担，增强网络的稳定性。

拥塞控制

拥塞控制是为了防止过多的书记注入到网络中，TCP拥塞控制采用了慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复来应对网络拥塞。

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当 cwnd < ssthresh 时，使用慢开始算法。

当 cwnd > ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。

当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用拥塞控制避免算法。

工作原理

  1. 初始设置：在TCP连接刚建立时，拥塞窗口cwnd通常被设置为一个较小的值（如不超过2至4个SMSS，即最大报文段长度）。

  2. 慢启动阶段：在慢启动阶段，每当发送方收到一个对新的报文段的确认后，拥塞窗口cwnd就会增加（如每经过一个传输轮次，cwnd就加倍），直到达到慢启动门限（ssthresh）为止。这个阶段的目的是逐渐探测网络的拥塞程度。

  3. 拥塞避免阶段：当拥塞窗口cwnd达到慢启动门限ssthresh后，TCP连接进入拥塞避免阶段。在这个阶段，拥塞窗口cwnd的增长速度会放缓，每经过一个往返时间（RTT）就把cwnd加1，以避免网络拥塞的发生。

  4. 拥塞发生时的调整：如果网络中出现拥塞（如发送方未在规定时间内接收到ACK确认包），TCP会采取相应的拥塞控制算法来调整拥塞窗口cwnd的大小。例如，在超时重传时，会将cwnd重置为初始值，并将ssthresh设置为cwnd的一半，然后重新进入慢启动阶段。在快速重传和快速恢复算法中，当收到三个重复的ACK时，会立即触发重传，慢开始门限ssthresh减半，cwnd设置为ssthresh减半后的数值，然后开始执行拥塞控制算法，以快速恢复网络状态。