通訊網路/TCP 和 UDP 協議/擁塞控制
介紹
當源傳送的資料包數量超過目標所能處理的數量時，就會發生擁塞。當發生擁塞時，效能會下降。擁塞發生在目標端緩衝區填滿時。資料包通常在轉發到其上層之前，臨時儲存在源和目標的緩衝區中。
什麼是擁塞？
假設我們正在觀察目標。如果源傳送的資料包數量超過目標緩衝區所能處理的數量，就會發生擁塞。當發生擁塞時，目標對到達的資料包只有兩個選擇，丟棄或保留。如果目標丟棄新到達的資料包並保留舊資料包，則這種機制被稱為“Y”模型。如果目標丟棄舊資料包並用新資料包填充它們，則這種機制被稱為“牛奶”模型。在這兩種情況下，資料包都會被丟棄。檢測擁塞的兩種常見方法是超時和重複確認。
擁塞控制
擁塞控制可用於計算傳送方可以在網路上傳送給接收方的資料量。確定資料量並不容易，因為頻寬會隨著時間推移而變化，連線也會斷開和重新連線。基於這些因素，傳送方應該能夠調整流量。TCP 擁塞控制演算法用於檢測和控制擁塞。以下是我們將要討論的擁塞演算法。
- 加性增長/乘性減小。
- 慢啟動
- 擁塞避免
- 快速重傳
- 快速恢復
加性增長/乘性減小
此演算法用於網路的傳送方。擁塞視窗 SSIZE 是傳送方在收到 ACK 之前可以傳送到網路中的資料量。通告視窗 RSIZE 是接收方可以接收的網路上的資料量。TCP 源根據網路上的擁塞程度設定擁塞視窗。這是透過在擁塞增加時減小擁塞視窗，在擁塞減少時增大擁塞視窗來實現的。這種機制通常被稱為加性增長/乘性減小。
源根據資料包丟失來確定擁塞。資料包丟失是在發生超時時確定的。源等待直到超時時間才能收到確認。在正常情況下，資料包不會丟失，因此源假設發生超時時就發生了擁塞。每當發生超時時，源都會將 SSIZE 設定為先前值的二分之一。這種機制被稱為乘性減小。如果超時持續發生，視窗大小將一直減小，直到大小變為 1。這是因為擁塞視窗的最小值為 1。當傳送方確定沒有發生擁塞時，它會將擁塞視窗增加 1。這種增加是在每次傳送方成功收到 ACK 後發生的，如下所示。 File:Congestion1.jpg
慢啟動
加性增長/乘性減小方法的主要缺點是，傳送方在檢測到擁塞時將擁塞視窗減小一半，而對於每個成功收到的 ACK 只增加 1。如果視窗大小很大，或者擁塞視窗大小從 1 開始增加，那麼我們將浪費許多擁塞視窗。慢啟動演算法用於解決這個每次只增加 1 的問題。SSIZE 是傳送方在收到 ACK 之前可以傳送到網路中的資料量。RSIZE 是接收方可以接收的網路上的資料量。SSTHOLD 是用於控制網路上資料流量的慢啟動閾值。當 SSIZE 小於閾值 SSTHOLD 時，使用慢啟動演算法。在開始時，傳送方不知道要傳送多少資料。它必須找到要傳送多少資料。最初，SSIZE 必須小於或等於 2*SMSS 位元組，並且不能超過 2 個段。隨著資料包的傳送，SSIZE 會呈指數增長，直到 SSIZE 大於 SSTHOLD 或檢測到擁塞。
當傳送方檢測到擁塞時，它會將擁塞視窗減小到先前值的一半。同樣，慢啟動演算法用於增加擁塞視窗。
擁塞避免
SIZE 是傳送方在收到 ACK 之前可以傳送到網路中的資料量。RSIZE 是接收方可以接收的網路上的資料量。SSTHOLD 是用於控制網路上資料流量的慢啟動閾值。當 SSIZE 大於閾值 SSTHOLD 時，使用擁塞避免演算法。隨著資料包的傳送，SSIZE 每往返時間增加一個完整的段。這將持續進行，直到檢測到擁塞。
快速重傳
以上三種演算法都使用超時來檢測擁塞。這裡的缺點是傳送方需要等待超時發生。為了提高擁塞檢測，傳送方使用重複 ACK。每次資料包到達接收方時，接收方都會向傳送方傳送 ACK。當資料包以亂序到達接收方時，TCP 無法立即確認資料包中包含的資料，因為先前的資料包尚未到達。接收方傳送上次傳送的相同 ACK，導致重複 ACK。這在下圖中進行了說明。
從傳送方的角度來看，重複 ACK 可能來自許多網路問題。傳送方不能假設傳送的資料包丟失了，重複 ACK 可能是由段重排序、ACK 複製或段複製觸發的。因此，傳送方等待 3 個重複 ACK 來確定資料包丟失。TCP 會在未等待重傳計時器到期的情況下，重新傳輸看起來丟失的段。
快速恢復
快速恢復演算法控制新資料的傳輸，直到收到非重複 ACK。不執行慢啟動的原因是，收到重複 ACK 不僅表明一個段已丟失，而且還表明段很可能離開了網路。快速重傳和快速恢復演算法通常一起實現，如下所示。1. 當收到第三個重複 ACK 時，將 STHOLD 設定為不超過 STHOLD = max (FlightSize / 2, 2*SMSS)，其中 FlightSize 是網路中未完成資料的量。2. 重新傳輸丟失的段並將 SSIZE 設定為 STHOLD 加上 3*SMSS。這會人為地“膨脹”擁塞視窗，以反映已離開網路且接收方已緩衝的段數量（三個）。3. 對於收到的每個額外的重複 ACK，將 SSIZE 增加 SMSS。這會人為地膨脹擁塞視窗，以反映已離開網路的額外段。4. 傳輸一個段，如果新的 SSIZE 值和接收方通告的視窗允許。5. 當下一個 ACK 到達並確認了新資料時，將 SSIZE 設定為 STHOLD（在步驟 1 中設定的值）。這被稱為“壓縮”視窗。此 ACK 應該是由步驟 1 中的重新傳輸引發的確認，在重新傳輸後一個 RTT（儘管它可能在接收方存在大量亂序資料包傳輸的情況下更早到達）。此外，此 ACK 應該確認在丟失的段和收到第三個重複 ACK 之間傳送的所有中間段，如果這些段沒有丟失。
常見問題解答
是什麼導致了這種擁塞？當源傳送的資料包數量超過目標所能處理的數量時，就會發生擁塞。當發生擁塞時，效能會下降。擁塞發生在目標端緩衝區填滿時。資料包通常在轉發到其上層之前，臨時儲存在源和目標的緩衝區中。假設我們正在觀察目標。如果源傳送的資料包數量超過目標緩衝區所能處理的數量，就會發生擁塞。
發生擁塞時會發生什麼？當發生擁塞時，目標對到達的資料包只有兩個選擇，丟棄或保留。如果目標丟棄新到達的資料包並保留舊資料包，則這種機制被稱為“Y”模型。如果目標丟棄舊資料包並用新資料包填充它們，則這種機制被稱為“牛奶”模型。在這兩種情況下，資料包都會被丟棄
如何檢測擁塞？檢測擁塞的兩種常見方法是超時和重複確認。