1.引言計算機網(wǎng)絡中的帶寬、交換結點中的緩存和處理機等，都是網(wǎng)絡的資源。在某段時間，若對網(wǎng)絡中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡的性能就會變壞。這種情況就叫做擁塞。擁塞控制就是防止過多的數(shù)據(jù)注入網(wǎng)絡中，這樣可以使網(wǎng)絡中的路由器或鏈路不致過載。擁塞控制是一個全局性的過程，和流量控制不同，流量控制指點對點通信量的控制。2.慢開始與擁塞避免發(fā)送方維持一個叫做擁塞窗口cwnd(congestionwindow)的狀態(tài)變量。擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡的擁塞程度，并且動態(tài)地在變化。發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口等于擁塞窗口，另外考慮到接受方的接收能力，發(fā)送窗口可能小于擁塞窗口。慢開始算法的思路就是，不要一開始就發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，先探測一下網(wǎng)絡的擁塞程度，也就是說由小到大逐漸增加擁塞窗口的大小。這里用報文段的個數(shù)的擁塞窗口大小舉例說明慢開始算法，實時擁塞窗口大小是以字節(jié)為單位的。如下圖:發(fā)送方 接收方圖5-24圖5-24發(fā)送方每收到--個確認就把窗口￡"詛加1ico1當然收到單個確認但此確認多個數(shù)據(jù)報的時候就加相應的數(shù)值。所以一次傳輸輪次之后擁塞窗口就加倍。這就是乘法增長，和后面的擁塞避免算法的加法增長比較。為了防止cwnd增長過大引起網(wǎng)絡擁塞，還需設置一個慢開始門限ssthresh狀態(tài)變量。ssthresh的用法如下:當cwnd<ssthresh時，使用慢開始算法。當cwnd>ssthresh時改用擁塞避免算法。當cwnd=ssthresh時，慢開始與擁塞避免算法任意。擁塞避免算法讓擁塞窗口緩慢增長，即每經過一個往返時間RTT就把發(fā)送方的擁塞窗口cwnd加1，而不是加倍。這樣擁塞窗口按線性規(guī)律緩慢增長。無論是在慢開始階段還是在擁塞避免階段，只要發(fā)送方判斷網(wǎng)絡出現(xiàn)擁塞（其根據(jù)就是沒有收到確認，雖然沒有收到確認可能是其他原因的分組丟失，但是因為無法判定，所以都當做擁塞來處理），就把慢開始門限設置為出現(xiàn)擁塞時的發(fā)送窗口大小的一半。然后把擁塞窗口設置為1，執(zhí)行慢開始算法。如下圖：012 4 6 8 10 121416182022慢開始 慢升始圖5-25慢升始和槐塞避免算法的實現(xiàn)舉例再次提醒這里只是為了討論方便而將擁塞窗口大小的單位改為數(shù)據(jù)報的個數(shù)，實際上應當是字節(jié)。3.快重傳和快恢復快重傳要求接收方在收到一個失序的報文段后就立即發(fā)出重復確認（為的是使發(fā)送方及早知道有報文段沒有到達對方）而不要等到自己發(fā)送數(shù)據(jù)時捎帶確認?？熘貍魉惴ㄒ?guī)定，發(fā)送方只要一連收到三個重復確認就應當立即重傳對方尚未收到的報文段，而不必繼續(xù)等待設置的重傳計時器時間到期。如下圖：接收方發(fā)送方接收方確認M]

確認虬發(fā)送叫一發(fā)送M：二檢送m’M發(fā)送m確認M]

確認虬重復確認重復確認M?重ti確認Mj重復碗認m2收到三個收到三個連續(xù)的

對的重夏確認立即重傳m■—1發(fā)送嗥一圖5-2G快重傳的示意圖快重傳配合使用的還有快恢復算法，有以下兩個要點：當發(fā)送方連續(xù)收到三個重復確認時，就執(zhí)行“乘法減小”算法，把ssthresh門限減半。但是接下去并不執(zhí)行慢開始算法。考慮到如果網(wǎng)絡出現(xiàn)擁塞的話就不會收到好幾個重復的確認，所以發(fā)送方現(xiàn)在認為網(wǎng)絡可能沒有出現(xiàn)擁塞。所以此時不執(zhí)行慢開始算法，而是將cwnd設置為ssthresh的大小，然后執(zhí)行擁塞避免算法。如下圖：邠塞窗口cwnd收到3個重復的確認-執(zhí)行快重傳算法ssthresh的初始值—16新的邠塞窗口cwnd收到3個重復的確認-執(zhí)行快重傳算法ssthresh的初始值—16新的ssdhresh俱~12擁塞避免、““加法增大”擁塞避免“加法增大二快恢復TCPTalioe版本

(已廢弄不用)伐輸粒次0 2 4 6 8 30 12]416 182022圖5^27從連續(xù)收到三個重夏的確認轉入擁塞避免4.隨機早期檢測RED以上的擁塞避免算法并沒有和網(wǎng)絡層聯(lián)系起來，實際上網(wǎng)絡層的策略對擁塞避免算法影響最大的就是路由器的丟棄策略。在簡單的情況下路由器通常按照先進先出的策略處理到來的分組。當路由器的緩存裝不下分組的時候就丟棄到來的分組，這叫做尾部丟棄策略。這樣就會導致分組丟失，發(fā)送方認為網(wǎng)絡產生擁塞。更為嚴重的是網(wǎng)絡中存在很多的TCP連接，這些連接中的報文段通常是復用路由路徑。若發(fā)生路由器的尾部丟棄，可能影響到很多條TCP連接，結果就是這許多的TCP連接在同一時間進入慢開始狀態(tài)。這在術語中稱為全局同步。全局同步會使得網(wǎng)絡的通信量突然下降很多，而在網(wǎng)絡恢復正常之后，其通信量又突然增大很多。為避免發(fā)生網(wǎng)路中的全局同步現(xiàn)象，路由器采用隨機早期檢測(RED:randomearlydetection)。該算法要點如下：使路由器的隊列維持兩個參數(shù)，即隊列長隊最小門限min和最大門限max，每當一個分組到達的時候，RED就計算平均隊列長度。然后分情況對待到來的分組：平均隊列長度小于最小門限——把新到達的分組放入隊列排隊。平均隊列長度在最小門限與最大門限之間——則按照某一概率將分組丟棄。平均隊列長度大于最大門限——丟棄新到達的分組。

平均隊列長度L網(wǎng)最大門眼TH皿最小門限TH伽圖548RED把膝由器的到達藏列劃分成為三個區(qū)域以概率p隨機丟棄分組，讓擁塞控制只在個別的平均隊列長度L網(wǎng)最大門眼TH皿最小門限TH伽圖548RED把膝由器的到達藏列劃分成為三個區(qū)域以概率p隨機丟棄分組，讓擁塞控制只在個別的TCP連接上執(zhí)行，因而避免全局性的擁塞控制。分組丟棄概率P—丟弁以概率，丟奔一排隊g分組到達［~從隊首發(fā)送RED的關鍵就是選擇三個參數(shù)最小門限、最大門限、丟棄概率和計算平均隊列長度。平均隊列長度采用加權