在深谈TCP/IP三步握手&四步挥手原理及衍生问题—长文解剖IP (12)

发送端收到3个冗余ACK后,重传冗余ACK指示可能丢失的那个包segment1,如果segment1的ACK通告接收端已经收到发送端的全部已经发出的数据的话,那么就是只丢失一个包,如果没有,那么就是有多个包丢失了。

发送端根据segment1的ACK判断出有多个包丢失,那么发送端继续重传窗口内未被ACK的第一个包,直到sliding window内发出去的包全被ACK了,才真正退出Fast Recovery阶段。

我们可以看到,拥塞控制在拥塞避免阶段,cwnd是加性增加的,在判断出现拥塞的时候采取的是指数递减。为什么要这样做呢?这是出于公平性的原则,拥塞窗口的增加受惠的只是自己,而拥塞窗口减少受益的是大家。这种指数递减的方式实现了公平性,一旦出现丢包,那么立即减半退避,可以给其他新建的连接腾出足够的带宽空间,从而保证整个的公平性。

TCP发展到现在,拥塞控制方面的算法很多,请查看《wiki-》,《斐讯面试记录—TCP滑动窗口及拥塞控制》

总的来说TCP是一个有连接的、可靠的、带流量控制和拥塞控制的端到端的协议。TCP的发送端能发多少数据,由发送端的发送窗口决定(当然发送窗口又被接收端的接收窗口、发送端的拥塞窗口限制)的,那么一个TCP连接的传输稳定状态应该体现在发送端的发送窗口的稳定状态上,这样的话,TCP的发送窗口有哪些稳定状态呢?

TCP的发送窗口稳定状态主要有上面三种稳定状态:

【1】接收端拥有大窗口的经典锯齿状

大多数情况下都是处于这样的稳定状态,这是因为,一般情况下机器的处理速度就是比较快,这样TCP的接收端都是拥有较大的窗口,这时发送端的发送窗口就完全由其拥塞窗口cwnd决定了;网络上拥有成千上万的TCP连接,它们在相互争用网络带宽,TCP的流量控制使得它想要独享整个网络,而拥塞控制又限制其必要时做出牺牲来体现公平性。于是在传输稳定的时候TCP发送端呈现出下面过程的反复

    [1]用慢启动或者拥塞避免方式不断增加其拥塞窗口,直到丢包的发生;

    [2]然后将发送窗口将下降到1或者下降一半,进入慢启动或者拥塞避免阶段(要看是由于超时丢包还是由于冗余ACK丢包);过程如下图:

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【2】接收端拥有小窗口的直线状态

这种情况下是接收端非常慢速,接收窗口一直很小,这样发送窗口就完全有接收窗口决定了。由于发送窗口小,发送数据少,网络就不会出现拥塞了,于是发送窗口就一直稳定的等于那个较小的接收窗口,呈直线状态。

【3】两个直连网络端点间的满载状态下的直线状态

这种情况下,Peer两端直连,并且只有位于一个TCP连接,那么这个连接将独享网络带宽,这里不存在拥塞问题,在他们处理能力足够的情况下,TCP的流量控制使得他们能够跑慢整个网络带宽。

 

通过上面我们知道,在TCP传输稳定的时候,各个TCP连接会均分网络带宽的。相信大家学生时代经常会发生这样的场景,自己在看视频的时候突然出现视频卡顿,于是就大叫起来,哪个开了迅雷,赶紧给我停了。其实简单的下载加速就是开启多个TCP连接来分段下载就达到加速的效果,假设宿舍的带宽是1000K/s,一开始两个在看视频,每人平均网速是500k/s,这速度看起视频来那叫一个顺溜。突然其中一个同学打打开迅雷开着99个TCP连接在下载爱情动作片,这个时候平均下来你能分到的带宽就剩下10k/s,这网速下你的视频还不卡成幻灯片。在通信链路带宽固定(假设为W),多人公用一个网络带宽的情况下,利用TCP协议的拥塞控制的公平性,多开几个TCP连接就能多分到一些带宽(当然要忽略有些用UDP协议带来的影响),然而不管怎么最多也就能把整个带宽抢到,于是在占满整个带宽的情况下,下载一个大小为FS的文件,那么最快需要的时间是FS/W,难道就没办法加速了吗?

 

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