拥塞控制与流量控制的关系拥塞控制所要做的都有一个前提, 就是网络能够承受现有的网络负荷拥塞控制是一个全局性的过程, 涉及到所有的主机所有的路由器, 以及与降低网络传输性能有关的所有因素流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率,

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姹敛
5 years ago
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1 5.8 TCP 的拥塞控制拥塞控制的一般原理在某段时间, 若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分, 网络的性能就要变坏产生拥塞 (congestion) 出现资源拥塞的条件 : 对资源需求的总和 > 可用资源 (5-7) 若网络中有许多资源同时产生拥塞, 网络的性能就要明显变坏, 整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降 1

2 拥塞控制与流量控制的关系拥塞控制所要做的都有一个前提, 就是网络能够承受现有的网络负荷拥塞控制是一个全局性的过程, 涉及到所有的主机所有的路由器, 以及与降低网络传输性能有关的所有因素流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率, 以便使接收端来得及接收 2

3 拥塞控制所起的作用吞吐量理想的拥塞控制实际的拥塞控制无拥塞控制死锁 ( 吞吐量 = ) 轻度拥塞拥塞提供的负载 3

4 拥塞控制的一般原理拥塞控制是很难设计的, 因为它是一个动态的 ( 而不是静态的 ) 问题当前网络正朝着高速化的方向发展, 这很容易出现缓存不够大而造成分组的丢失但分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因在许多情况下, 甚至正是拥塞控制本身成为引起网络性能恶化甚至发生死锁的原因这点应特别引起重视 4

5 开环控制和闭环控制开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到, 力求网络在工作时不产生拥塞闭环控制是基于反馈环路的概念属于闭环控制的有以下几种措施 : 监测网络系统以便检测到拥塞在何时何处发生将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方调整网络系统的运行以解决出现的问题 5

6 5.8.2 几种拥塞控制方法 1. 和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如再考虑到接收方的接收能力, 则发送窗口还可能小于拥塞窗口发送方控制拥塞窗口的原则是 : 只要网络没有出现拥塞, 拥塞窗口就再增大一些, 以便把更多的分组发送出去但只要网络出现拥塞, 拥塞窗口就减小一些, 以减少注入到网络中的分组数 6

7 算法的原理在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口 cwnd = 1, 即设置为一个最大报文段 MSS 的数值在每收到一个对新的报文段的确认后, 将拥塞窗口增加 1 倍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 7

8 cwnd = 1 发送方每收到一个对新报文段的确认 ( 重传的不算在内 ) 就使 cwnd 加 1 发送 M 1 发送方接收方确认 M 1 轮次 1 cwnd = 2 发送 M 2 ~M 3 确认 M 2 ~M 3 轮次 2 cwnd = 4 发送 M 4 ~M 7 确认 M 4 ~M 7 轮次 3 cwnd = 8 发送 M 8 ~M 15 t t 8

9 传输轮次 (transmission round) 使用算法后, 每经过一个传输轮次, 拥塞窗口 cwnd 就加倍一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间 RTT 传输轮次更加强调 : 把拥塞窗口 cwnd 所允许发送的报文段都连续发送出去, 并收到了对已发送的最后一个字节的确认例如, 拥塞窗口 cwnd = 4, 这时的往返时间 RTT 就是发送方连续发送 4 个报文段, 并收到这 4 个报文段的确认, 总共经历的时间 9

10 设置门限状态变量 ssthresh 门限 ssthresh 的用法如下 : 当 cwnd < ssthresh 时, 使用算法当 cwnd > ssthresh 时, 停止使用算法而改用算法当 cwnd = ssthresh 时, 既可使用算法, 也可使用算法算法的思路是让拥塞窗口 cwnd 缓慢地增大, 即每经过一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口 cwnd 加 1, 而不是加倍, 使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长 1

11 当网络出现拥塞时无论在阶段还是在阶段, 只要发送方判断网络出现拥塞 ( 其根据就是没有按时收到确认 ), 就要把门限 ssthresh 设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半 ( 但不能小于 2) 然后把拥塞窗口 cwnd 重新设置为 1, 执行算法这样做的目的就是要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 11

12 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值和算法的实现举例拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次当 TCP 连接进行初始化时, 将拥塞窗口置为 1 图中的窗口单位不使用字节而使用报文段门限的初始值设置为 16 个报文段, 即 ssthresh = 16 12

13 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值和算法的实现举例拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次发送端的发送窗口不能超过拥塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值我们假定接收端窗口足够大, 因此现在发送窗口的数值等于拥塞窗口的数值 13

14 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次在执行算法时, 拥塞窗口 cwnd 的初始值为 1, 发送第一个报文段 M 14

15 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次发送端每收到一个确认, 就把 cwnd 加 1 于是发送端可以接着发送 M 1 和 M 2 两个报文段 15

16 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次接收端共发回两个确认发送端每收到一个对新报文段的确认, 就把发送端的 cwnd 加 1 现在 cwnd 从 2 增大到 4, 并可接着发送后面的 4 个报文段 16

17 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次发送端每收到一个对新报文段的确认, 就把发送端的拥塞窗口加 1, 因此拥塞窗口 cwnd 随着传输轮次按指数规律增长 17

18 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次当拥塞窗口 cwnd 增长到门限值 ssthresh 时 ( 即当 cwnd = 16 时 ), 就改为执行算法, 拥塞窗口按线性规律增长 18

19 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次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 19

20 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次更新后的 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, 并执行算法 2

21 和算法的实现举例 ssthresh 的初始值新的 ssthresh 值拥塞窗口 cwnd 网络拥塞乘法减小 8 4 指数规律增长传输轮次当 cwnd = 12 时改为执行算法, 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 的大小 21

22 乘法减小 (multiplicative decrease) 乘法减小是指不论在阶段还是阶段, 只要出现一次超时 ( 即出现一次网络拥塞 ), 就把门限值 ssthresh 设置为当前的拥塞窗口值乘以.5 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 22

23 加法增大 (additive increase) 是指执行算法后, 在收到对所有报文段的确认后 ( 即经过一个往返时间 ), 就把拥塞窗口 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 23

24 必须强调指出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是说在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 24

25 2. 快重传和快恢复快重传算法首先要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认这样做可以让发送方及早知道有报文段没有到达接收方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 25

26 快重传举例发送方接收方发送 M 1 发送 M 2 确认 M 1 收到三个连续的对 M 2 的重复确认立即重传 M 3 发送 M 3 丢失? 发送 M 4 发送 M 5 发送 M 6 发送 M 7 确认 M 2 重复确认 M 2 重复确认 M 2 重复确认 M 2 t t 26

27 快恢复算法 (1) 当发送端收到连续三个重复的确认时, 就执行乘法减小算法, 把门限 ssthresh 减半但接下去不执行算法 (2) 由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞, 因此现在不执行算法, 即拥塞窗口 cwnd 现在不设置为 1, 而是设置为门限 ssthresh 减半后的数值, 然后开始执行算法 (), 使拥塞窗口缓慢地线性增大 27

28 从连续收到三个重复的确认转入 24 2 ssthresh 的初始值 16 新的 ssthresh 值 12 拥塞窗口 cwnd 8 4 收到 3 个重复的确认执行快重传算法乘法减小快恢复 TCP Reno 版本 TCP Tahoe 版本 ( 已废弃不用 ) 传输轮次 28

计算机网络

计算机网络 5.8 TCP 的拥塞控制 5.8.1 拥塞控制的一般原理在某段时间, 若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分, 网络的性能就要变坏产生拥塞 (congestion) 出现资源拥塞的条件 : (5-7) 对资源需求的总和 > 可用资源若网络中有许多资源同时产生拥塞, 网络的性能就要明显变坏, 整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降拥塞控制与流量控制的关系拥塞控制所要做的都有一个前提,