发送端流量控制算法

1. 概述

上一篇文章，我们介绍了 Nagle 算法和滑动窗口协议 他们用来让接收方实现流量控制。

本文我们来介绍几个发送方进行流量控制的算法和策略

2. 慢启动 — 拥塞窗口

滑动窗口协议中的通告窗口用来实现接收方的流量控制，而慢启动算法所使用的拥塞窗口则用来实现发送方的流量控制。 当与另一个网络的主机建立TCP连接时，拥塞窗口被初始化为1个报文段（即另一端通告的报文段大小） 每收到一个ACK， 拥塞窗口就增加到原来报文段的 2 倍（cwnd 以字节为单位，慢启动以报文段大小为单位进行增加） 发送方取拥塞窗口与通告窗口中的最小值作为发送上限。

3. 时延带宽积

上一篇日志中我们提到了带宽时延积，用来作为窗口大小设置的参考，这里我们详细介绍一下： BDP(bit) = link_bandwidth(bps) * RTT(s)

如果我们将发送端与接收端之间的连接想象成一条管道，带宽描述的是管道的粗细，RTT 则描述了这个管道的长度，而 BDP 则描述了这个管道的实际容量。 理想状态下，任何时刻这个管道中的 ACK 的数目总是相等的，发出报文的速度与接收报文的速度刚好像等。 当管道被发送的数据填满，那么就造成了拥塞，典型的情况是发送端带宽大于接收端带宽。

4. 拥塞避免算法

顾名思义，这个算法是为了避免 TCP 连接的拥塞而设计的，他的基本假设是一旦分组丢失，就意味着拥塞的发生，通常与慢启动一起使用，他们需要维持两个变量：拥塞窗口 cwnd 和慢启动门限 ssthresh。 算法的工作过程如下： 1. 初始时 cwnd 为 1 个报文段大小，ssthresh 为 65535 字节，由于限制发送方取拥塞窗口与通告窗口中的最小值作为发送上限，因此首次发送只能发送一个报文段 2. 当发生超时或收到重复确认时，ssthresh 被设置为当前窗口大小（cwnd 与通告窗口大小的最小值且大于等于 2）的一半 3. 如果发生超时则将 cwnd 重新设为 1 个报文段大小 4. 每收到一个 ACK，cwnd 就增加到原来的 2 倍，一旦 cwnd 大于等于上次发生拥塞时 cwnd 的 1/2（即 ssthresh 的值），则停止这样指数性的增长（慢启动算法），取而代之的是每收到一个 ACK 将 cwnd 加 1 个报文段大小（拥塞避免算法） 根据上面的描述，我们可以看到 cwnd 随往返时间变化如下：

图中，在到达 ssthresh 所指定的 16 个报文段大小之前，cwnd 的设置呈指数增长，这段时间内（前四次发送）执行的是慢启动算法，在此之后，执行的则是拥塞避免算法。

5. 快速恢复算法

慢启动算法和拥塞避免算法会让数据流突然减少，如果连续收到 3 个 ACK，则意味着某个报文段丢失，此时我们并不希望用突然减少数据流的方法来缓慢的恢复和重传，这时就会使用快速恢复算法： 1. 当发生 3 个 ACK 时，将 ssthresh 设为 cwnd 的一半，重传丢失报文段，然后将 cwnd 设置为 ssthresh + 3 个报文段大小 2. 一旦收到确认这次重传的 ACK，则将 cwnd 设置为 ssthresh，并且开始执行拥塞避免算法