計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系列文章匯總

介紹

在某段時(shí)間內(nèi)，若對(duì)網(wǎng)絡(luò)中某一資源的需求超過(guò)了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)性能就要變壞，這種情況就叫做擁塞。

可以通過(guò)擁塞控制方法來(lái)進(jìn)行控制，控制的是發(fā)送窗口的大小，也就是一次性可以發(fā)送多少字節(jié)，如果趨向于擁塞，就少發(fā)送，如果不發(fā)生擁塞，就多發(fā)送。

擁塞的危害：
若出現(xiàn)擁塞而不進(jìn)行控制，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負(fù)荷的增大而下降

擁塞的危害.png

擁塞控制

準(zhǔn)備條件

原理：
根本原理是當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)就將發(fā)送窗口減小，當(dāng)沒(méi)有發(fā)生擁塞時(shí)就將發(fā)送窗口增大，而是否發(fā)生擁塞是通過(guò)是否發(fā)送超時(shí)重傳決定的。

假定條件：

• 數(shù)據(jù)是單方向傳送，而另一個(gè)方向只傳送確認(rèn)。
• 接收方總是有足夠大的緩存空間，因而發(fā)送方發(fā)送窗口的大小由網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度來(lái)決定的，避免接收方所決定的發(fā)送窗口干擾。
• 以最大報(bào)文段MSS的個(gè)數(shù)為討論問(wèn)題的單位，而不是以字節(jié)為單位

概念：

• cwnd為擁塞窗口： 也就是此時(shí)的發(fā)送窗口
  • 在慢開(kāi)始算法時(shí)呈指數(shù)增長(zhǎng)
  • 擁塞避免算法時(shí)+1線性增長(zhǎng)
• 慢開(kāi)始門限ssthresh：
  • cwnd>ssthresh時(shí)，進(jìn)行慢開(kāi)始算法
  • cwnd<ssthresh時(shí)，開(kāi)始擁塞避免算法
  • cwnd==ssthresh時(shí)，都可以
• swnd發(fā)送窗口：
  • 在這個(gè)場(chǎng)景中就固定=cwnd

算法認(rèn)識(shí)

慢開(kāi)始算法(slow-start)

慢開(kāi)始算法.png

說(shuō)明：

• 可以看到慢開(kāi)始門限設(shè)置為16，cwnd在到達(dá)16前需要指數(shù)增長(zhǎng)
• 當(dāng)傳輸輪次為0時(shí)，起始位置為1
• cwnd = 2^(n-1)，n為傳輸輪次

擁塞避免算法

擁塞避免算法.png

說(shuō)明：

• 思路：讓擁塞窗口 cwnd 緩慢地增大，避免快速出現(xiàn)擁塞。
• 每經(jīng)過(guò)一個(gè)傳輸輪次，擁塞窗口 cwnd = cwnd + 1。

快重傳

有個(gè)別報(bào)文段在網(wǎng)絡(luò)中丟失，但是實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)并未發(fā)生擁塞，此時(shí)的發(fā)送方超時(shí)重傳會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)誤以為發(fā)生了擁塞并啟動(dòng)擁塞控制算法，這樣就降低了發(fā)送效率。因此需要采用快重傳。

原理： 快重傳算法的根本原理就是讓發(fā)送方盡早知道發(fā)生了個(gè)別報(bào)文段的丟失，而不需要啟動(dòng)超時(shí)重傳機(jī)制

作用： 提高了傳輸效率，快重傳可以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量提高約20%

快重傳.png

說(shuō)明：

• 要求接收方不要等待自己發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才進(jìn)行捎帶確認(rèn)，而是要立即發(fā)送確認(rèn)
• 即使受到了失序的報(bào)文段也要立即發(fā)出對(duì)已收到的報(bào)文段的重復(fù)確認(rèn)
• 發(fā)送方一旦受到3個(gè)連續(xù)的重復(fù)確認(rèn)，就將相應(yīng)的報(bào)文段立即重傳
  • 這樣就不需要等到超時(shí)機(jī)制觸發(fā)后進(jìn)行重傳
  • 也就不會(huì)進(jìn)行擁塞控制了

快恢復(fù)

在快重傳后如何進(jìn)行擁塞窗口的控制呢？
發(fā)送方一旦受到3個(gè)重復(fù)確認(rèn)報(bào)文，就知道現(xiàn)在只是丟失了個(gè)別的報(bào)文段，而不是發(fā)生了擁塞，所以就啟動(dòng)快恢復(fù)算法。

算法過(guò)程：

• 發(fā)送方將慢開(kāi)始門限ssthresh值和擁塞窗口cwnd值調(diào)整為當(dāng)前窗口的一半
• 并開(kāi)始執(zhí)行擁塞避免算法

擁塞控制的過(guò)程

擁塞控制有兩種，一種是超時(shí)重傳后進(jìn)入到慢開(kāi)始階段，一種是收到3個(gè)重復(fù)確認(rèn)報(bào)文后開(kāi)始的快恢復(fù)階段。

超時(shí)重傳

超時(shí)重傳.png

快恢復(fù)的控制

快恢復(fù)的控制.png

過(guò)程說(shuō)明：
1、首先進(jìn)行慢開(kāi)始算法，cwnd指數(shù)增長(zhǎng)
2、一直增長(zhǎng)到cwnd>=ssthreesh，也就是達(dá)到了慢開(kāi)始門限閾值，開(kāi)始進(jìn)行擁塞避免算法
3、擁塞避免算法是cwnd+1
4、當(dāng)發(fā)生超時(shí)重傳時(shí)，cwnd=1,ssthresh = cwnd/2 = 12
5、此時(shí)繼續(xù)進(jìn)行慢開(kāi)始算法，指數(shù)增長(zhǎng)
6、cwnd達(dá)到12后開(kāi)始擁塞避免算法，cwnd = cwnd+1
7、當(dāng)cwnd = 16時(shí)，收到3個(gè)重復(fù)確認(rèn)，此時(shí)就需要進(jìn)行快重傳
8、快重傳就是ssthresh = cwnd/2 = 16/2 = 8，而cwnd = ssthresh
9、在這個(gè)基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)始快恢復(fù)。這里的快恢復(fù)直接就開(kāi)始了擁塞避免算法