滑动窗口与流量控制

流量控制

TCP 利⽤滑动窗⼝实现流量控制。流量控制是为了控制发送⽅发送速率，保证接收⽅来得及接收。 接收⽅发送的确认报⽂中的窗⼝字段可以⽤来控制发送⽅窗⼝⼤⼩，从⽽影响发送⽅的发送速率。将窗⼝字段设置为 0，则发送⽅不能发送数据。

滑动窗口

窗口是缓存的一部分，用来暂时存放字节流。发送方和接收方各有一个窗口，接收方通过 TCP 报文段中的窗口字段告诉发送方自己的窗口大小，发送方根据这个值和其它信息设置自己的窗口大小。

发送窗口内的字节都允许被发送，接收窗口内的字节都允许被接收。如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认，那么就将发送窗口向右滑动一定距离，直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态；接收窗口的滑动类似，接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机，就向右滑动接收窗口。

接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的字节进行确认，例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35}，其中 {31} 按序到达，而 {34, 35} 就不是，因此只对字节 31 进行确认。发送方得到一个字节的确认之后，就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。

拥塞控制

在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能就要变坏，这种情况就叫做网络拥塞。

在计算机网络中数位链路容量（即带宽）、交换结点中的缓存和处理机等，都是网络的资源。

若出现拥塞而不进行控制，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。

情况分析

当输入的负载到达一定程度 吞吐量不会增加，即一部分网络资源会丢失掉，网络的吞吐量维持在其所能控制的最大值，转发节点的缓存不够大这造成分组的丢失是拥塞的征兆。

拥塞控制的算法

为了进⾏拥塞控制，TCP 发送⽅要维持⼀个 拥塞窗⼝(cwnd) 的状态变量。拥塞控制窗⼝的⼤⼩取决于⽹络的拥塞程度，并且动态变化。发送⽅让⾃⼰的发送窗⼝取为拥塞窗⼝和接收⽅的接受窗⼝中᫾⼩的⼀个。

TCP的拥塞控制采⽤了四种算法，即 慢开始 、 拥塞避免 、快重传 和 快恢复。在⽹络层也可以使路由器采⽤适当的分组丢弃策略（如主动队列管理 AQM），以减少⽹络拥塞的发⽣。

慢开始

慢开始算法的思路是当主机开始发送数据时，如果⽴即把⼤量数据字节注⼊到⽹络，那么可能会引起⽹络阻塞，因为现在还不知道⽹络的符合情况。经验表明，好的⽅法是先探测⼀下，即由⼩到⼤逐渐增⼤发送窗⼝，也就是由⼩到⼤逐渐增⼤拥塞窗⼝数值。cwnd初始值为1，每经过⼀个传播轮次，cwnd加倍。

拥塞避免

拥塞避免算法的思路是让拥塞窗⼝cwnd缓慢增⼤，即每经过⼀个往返时间RTT就把发送放的cwnd加1.

快重传与快恢复

在 TCP/IP 中，快速重传和恢复（fast retransmit and recovery，FRR）是⼀种拥塞控制算法，它能快速恢复丢失的数据包。没有 FRR，如果数据包丢失了，TCP 将会使⽤定时器来要求传输暂停。在暂停的这段时间内，没有新的或复制的数据包被发送。有了 FRR，如果接收机接收到⼀个不按顺序的数据段，它会⽴即给发送机发送⼀个重复确认。如果发送机接收到三个重复确认，它会假定确认件指出的数据段丢失了，并⽴即重传这些丢失的数据段。有了FRR，就不会因为重传时要求的暂停被耽误。 　当有单独的数据包丢失时，快速重传和恢复（FRR）能最有效地⼯作。当有多个数据信息包在某⼀段很短的时间内丢失时，它则不能很有效地⼯作。

图解

附录

参考：https://blog.csdn.net/qq_41431406/article/details/97926927 (opens new window)