4.2 TCP 重传、滑动窗口、流量控制、拥塞控制

重传机制

通过序列号与确认应答。保证发送的包一定被接受，TCP 针对数据包丢失的情况，会用重传机制解决。常见的重传机制有

• 超时重传
  • 在发送数据时，当超过指定的时间没有收到对方的 ACK 确认应答报文，就会重发该数据。
    • 原因可能是数据包丢失或者确认应答丢失
  • RTT 表示数据发送到收到确认的差值，RTO是超时重传时间，通常略大于RTT，并且通过RTT的变化动态调整

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滑动窗口

• 操作系统开辟的一个缓存空间
• 发送方主机只有在收到确认应答后会将发送数据从缓存区清除
• 接收方主机缓存
  • 已收到并确认的数据，等待应用读取
  • 剩余空间
• 窗口大小由接收方通过 TCP 头中的 Window 字段告知发送方，表示自己最大接受能力，两行滑窗基本一致，因为传输有时延，所以是约等于

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流量控制

• 发送方按照接收方窗口大小调整自己窗口大小

拥塞控制

避免「发送方」的数据填满整个网络。

• 拥塞窗口(cwnd)：发送方根据网络的拥塞程度维护的一个的状态变量，网络越好，窗口越大。
  • 发送窗口的值是= min(拥塞窗口, 接收窗口)
  • 拥塞定义：发送方规定时间内没有收到确认报文 控制算法如下：
• 慢启动：TCP 刚建立时，每次收到一个确认报文，拥塞窗口大小增加 1
  • 第一次发送收到一个 ack，增加到 2，第二次到 4（指数增长）
  • 当达到慢启动门限值，启动拥塞避免算法
• 拥塞避免：没收到一个确认报文，拥塞窗口大小增加 1 / cwnd
  • 由指数增长变成了线性增长，增速放缓
• 拥塞发生：当触发了重传机制（规定时间未收到确认包）
  • 将慢启动门限值设置为当前拥塞窗口的一半
  • 拥塞窗口重置为初始值（Linux的初始值为10），再次进行慢启动

快速恢复

发生了「快速重传」（能收到3个重复的ACK）的拥塞发生算法

• 拥塞窗口减少到原来的一半;

• 慢启动门限值设置为当前拥塞窗口值（也就是发生重传时的一半）

• 进入快速恢复算法：

  • 拥塞窗口 = 慢启动门限值 + 重复收到ack的数量

  • 重传丢失的数据包；

  • 如果再收到重复的 ACK，那么拥塞窗口每次增加 1；

  • 如果收到新数据的 ACK 后，把拥塞窗口设置为第一步中的慢启动门限值；

    • 这里拥塞窗口又回到慢启动门限值，是因为快速恢复是为了尽快将丢失的数据包发给目标
    • 快速恢复是拥塞发生后慢启动的优化，最后还是要降低拥塞窗口进入拥塞避免，只是没有那么剧烈