第5章运输层的拥塞控制

1、课件制作人：谢希仁计算机网络第 7 章 运输层的拥塞控制课件制作人：谢希仁四种拥塞控制的方法n慢开始n拥塞避免n快重传n快恢复课件制作人：谢希仁两个参数n拥塞窗口cwnd：发送方维持的一个状态变量，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。n慢开始门限ssthresh：其用法如下n当cwnd ssthresh时，停止使用慢开始算法而 改用拥塞避免算法n当cwnd = ssthresh时，既可使用慢开始算法， 也可使用拥塞避免算法。课件制作人：谢希仁慢开始算法的原理 n由小到大逐渐增大发送窗口，也就是逐渐增大拥塞窗口；n在主机刚刚开始发送报文段时可

2、先将拥塞窗口 cwnd 设置为一个最大报文段 MSS 的数值；n在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个 MSS 的数值；n每经过一个传输轮次，拥塞窗口 cwnd 就加倍；n用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd，可以使分组注入到网络的速率更加合理。 课件制作人：谢希仁拥塞避免算法n条件：拥塞窗口cwnd 慢开始门限 ssthresh时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法；n原理：没经过一个往返时间RRT（即传输轮次），就把拥塞窗口cwnd 加1，而不是加倍；n拥塞窗口cwnd按线性规律缓慢增长，比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢得多。课件制作人：谢希仁要点无论在慢开

3、始阶段还是拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其依据就是没有按时收到确认）：n要将慢开始门限ssthresh设置为出现拥塞时的发送窗口值的一半（但不能小于2）n拥塞窗口cwnd重新设置为1，执行慢开始算法；n目的：迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完毕。慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 TCP 连接进行初始化时，将拥塞窗口=1。图中的窗口单位不使用字节而使用报文段。慢开始门限的初始值设置为 16 个报文段，即 ssthresh = 16。246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免

4、发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 在执行慢开始算法时，拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1，发送第一个报文段 M0。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进

5、入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免发送端收到 ACK1 （确认 M0，期望收到 M1）后，将 cwnd 从 1 增大到 2，于是发送端可以接着发送 M1 和 M2 两个报文段。 慢开始和拥塞避免算法的实现举例 接收端发回 ACK2 和 ACK3。发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK，就把发送端的拥塞窗口加 1。现在发送端的 cwnd 从 2 增大到 4，并可发送 M4 M6共 4个报文段。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥

6、塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 发送端每收到一个对新报文段的确认 ACK，就把发送端的拥塞窗口加 1，因此拥塞窗口 cwnd 随着传输次数按指数规律增长。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当拥塞窗口 cwnd 增长到慢开始门限值

7、 ssthresh 时（即当 cwnd = 16 时），就改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按线性规律增长。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始线性规律增长拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 假定拥塞窗口的数值增长到 24 时，网络出现超时（表明网络拥塞了）。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开

8、始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 更新后的 ssthresh 值变为 12（即发送窗口数值 24 的一半），拥塞窗口再重新设置为 1，并执行慢开始算法。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免慢开始和拥塞避免算法的实现举例 当 cwnd = 12 时改为执行拥塞避免算法，拥塞窗口按按线性规律增长，每经过一个往返时延就增加一个 MSS

9、的大小。 246810121416182022004812162024传输次数拥塞窗口 cwnd进入拥塞避免发生超时指数规律增长线性规律增长ssthresh = 16慢开始慢开始拥塞避免拥塞避免更新后的 ssthresh = 12进入拥塞避免课件制作人：谢希仁 AIMI算法n Additive Increase 加法增大nMultiplicative Decrease 乘法减小课件制作人：谢希仁乘法减小(multiplicative decrease) n“乘法减小“是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始门限值 ssthresh 设置为当前的拥

10、塞窗口值乘以 0.5。n当网络频繁出现拥塞时，ssthresh 值就下降得很快，以大大减少注入到网络中的分组数。 课件制作人：谢希仁加法增大(additive increase) n“加法增大”是指执行拥塞避免算法后，当收到对所有报文段的确认就将拥塞窗口 cwnd增加一个 MSS 大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。 课件制作人：谢希仁必须强调指出 n“拥塞避免”并非指完全能够避免了拥塞。利用以上的措施要完全避免网络拥塞还是不可能的。n“拥塞避免”是说在拥塞避免阶段把拥塞窗口控制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现拥塞。 课件制作人：谢希仁快重传和快恢复n快重传算法首先要求接收

11、方每接到一个失效的报文段后就立即发出重复确认（为的是使发送方及早知道报文段没有到达对方）而不要等待自己发送数据时才进行捎带确认。n快重传算法规定：发送端只要一连收到三个重复确认ACK 即可断定有分组丢失了，就应立即重传对方尚未收到的即丢失的报文段，而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的到期。n由于发送方尽早重传未被确认的报文段，因此采用快重传后可以使整个网络的吞吐率提高约20%。n不难看出，快重传并非取消重传计时器，而是在某些情况下可更早地重传丢失的报文段。快重传举例M1, M2ACK2, ACK3M4主机 A主机 BB 确认 M1 和 M2A 发送 M1 和 M2A 收到了三个重复的确认 ACK3，就立即重传 M3，而不必等待超时重传。M3丢失！A 发送 M3 但丢失了A 发送 M4ACK3M5A 发送 M5ACK3B 发送第二个重复确认 ACK3M6A 发送 M6ACK3M3B 发送第三个重复确认 ACK3B 只能再次确认 M2(因为 M3 没有收到）课件制作人：谢希仁快恢复算法n与快重传配合使用n过程：（1）发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把慢开始门限ssthresh减半，这是为了预防网络发生拥塞，请注意：接下去不执行慢开始算法（即拥塞窗口cwnd不设置为1）；（2）而是把拥塞窗口c