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1. 流量控制
TCP 的流量控制由滑动窗口协议(连续ARQ协议)实现。滑动窗口协议既保证了分组无差错、有序接收,也实现了流量控制。
1.1 滑动窗口简述
TCP在进行数据传输的时候都是先将数据放在数据缓冲区中的,TCP维护了两个缓冲区,发送方缓冲区和接收方缓冲区。
- 发送方缓冲区:发送方缓冲区用于存储已经准备就绪数据和发送了但是没有被确认的数据。
- 接收方缓冲区:接收方缓冲区用于存储已经被接收但是还没有被用户进程消费的数据。
滑动窗口机制是TCP的一种流量控制方法,该机制允许发送方在停止并等待确认前连续发送多个分组,而不必每发送一个分组就停下来等待确认,从而增加数据传输的速率提高应用的吞吐量。
1.2 滑动窗口为0的情况
当发送者收到了一个窗口为0的应答,发送者便停止发送,等待接收者的下一个应答。但是如果这个窗口不为0的应答在传输过程丢失,发送者一直等待下去,而接收者以为发送者已经收到该应答,等待接收新数据,这样双方就相互等待,从而产生死锁。
为了避免流量控制引发的死锁,TCP使用了持续计时器。每当发送者收到一个零窗口的应答后就启动该计时器。时间一到便主动发送报文询问接收者的窗口大小。若接收者仍然返回零窗口,则重置该计时器继续等待;若窗口不为0,则表示应答报文丢失了,此时重置发送窗口后开始发送,这样就避免了死锁的产生。
2. 拥塞控制
拥塞控制是作用于网络的,它是防止过多的数据注入到网络中,避免出现网络负载过大的情况;常用的方法就是:慢启动、拥塞避免、快速重传与快速恢复。
2.1 慢启动
发送方维持一个叫做拥塞窗口cwnd(congestion window)的状态变量。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度,并且动态地在变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口,另外考虑到接受方的接收能力,发送窗口可能小于拥塞窗口。
慢开始算法的思路就是,不要一开始就发送大量的数据,先探测一下网络的拥塞程度,也就是说由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小(每次变为2倍)。
2.2 拥塞避免
为了防止cwnd增长过大引起网络拥塞,还需设置一个慢开始门限ssthresh状态变量。ssthresh的用法如下:
- 当cwnd<ssthresh时,使用慢开始算法。
- 当cwnd>ssthresh时,改用拥塞避免算法。
拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长,即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1,这样拥塞窗口按线性规律缓慢增长。
2.3 快速重传
快重传算法规定,接收方在收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认,发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段,而不必继续等待设置的重传计时器时间到期。
2.4 快速恢复
当发送方连续收到三个重复确认时,就执行“乘法减小”算法,把ssthresh门限减半(为了预防网络发生拥塞)。但是接下去并不执行慢开始算法,而是将cwnd设置为ssthresh减半后的值,然后执行拥塞避免算法,使cwnd缓慢增大。