拥塞窗口

卫星通信在因特网中防止通信拥塞的措施

拥塞窗口，是卫星通信在因特网中防止通信拥塞的一种措施，它是在发端采用了一种“拥塞避免”算法和“慢速启动”算法相结合的机制。“拥塞窗口”就是“拥塞避免”的窗口，它是一个装在发送端的可滑动窗口，窗口的大小是不超过接收端确认通知的窗口。“慢速启动”是在连接建立后，每收到一个来自收端的确认，就控制窗口增加一个段值大小，当窗口值达到“慢速启动”的限值后，慢速启动便停止工作，避免了网络发生拥塞。

简介

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。如果再考虑到接收方的接收能力，那么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，拥塞窗口就减少一些，以减少注入到网络中的分组数。

变化算法

慢开始算法和拥塞避免算法

慢开始算法的思路就是，不要一开始就发送大量的数据，先探测一下网络的拥塞程度，也就是说由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小。

发送方会维持一个拥塞窗口,刚开始的拥塞窗口和发送窗口相等,一般开始均设置1，然后我们每收到一个确认,就让拥塞窗口大小变为原来的两倍，接着发送分组也是原来的两倍，以此类推，当窗口值等于16（慢开始门限ssthresh初始值），然后我们开始采用“加法增大”的策略，即不在以2倍的方式增加，而是转变为每次加1的方式.直到网络拥塞。我们开始采用“拥塞避免”算法：让新的慢开始门限值变为发生拥塞时候的值的一半，将拥塞窗口置为1，然后让它再次重复，这时一瞬间会将网络中的数据量大量降低。

当cwnd＜ssthresh时，使用慢开始算法。

当cwnd＞ssthresh时，改用拥塞避免算法。

当接收方cwnd=ssthresh时，慢开始与拥塞避免算法任意。（既可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法）

拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，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。这样拥塞窗口按线性规律缓慢增长。

无论是在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有收到确认，虽然没有收到确认可能是其他原因的分组丢失，但是因为无法判定，所以都当做拥塞来处理），就把慢开始门限设置为出现拥塞时的发送窗口大小的一半。然后把拥塞窗口设置为1，执行慢开始算法。

提醒这里只是为了讨论方便而将拥塞窗口大小的单位改为数据报的个数，实际上应当是字节。

快重传算法和快恢复算法

快重传可以提高网络的吞吐量而快恢复算法相当于拥塞避免算法的后半恢复部分的优化.

假设以下情况:如果在发送方设置的超时定时器到时间还没有收到确认,那么有一种可能是网络发生堵塞,这种情况下,tcp会将拥塞窗口置为一,新的门限值变为发生阻塞时的一半并且开始执行慢开始算法.当我们使用快重传的时候,要求接收方接收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认,(目的是让对方早知道有报文段没有到达)

假设发送方发送了M1–M4四个分组,接收方收到了M1和M2,以及M4,这些分组.

接收方不能确认M4,因为M3没有收到,此时接收方可以什么都不干,也可以发送对M2的确认,但是快重传算法要求这样做:

接收方应该及时发送对M2的重复确认,这样可以让发送方知道M3并没有被传过来,发送方还会试着发送M5,M6,接收方收到之后,我们会继续发送对M2的确认,这样一共发了好几个对M2的确认,按照规定,只要发送方收到三个重复确认,就立即重传对方未收到的报文段M3.这样可以避免阻塞,并且提高我们网络的吞吐量.

快恢复算法与快重传算法配合使用

当发送方收到三个连续确认时,就执行”乘法减小”算法,把”慢开始门限”减半,注意接下来不会执行慢开始算法.

由于此时没有发送网络阻塞(要是发生阻塞的话就不会连续收到4个确认),因此此时不执行慢开始算法,并不会将拥塞窗口的值置为1,而是将它置为慢开始门限的一半.然后再实行拥塞避免算法,每次收到确认之后+1.

快重传配合使用的还有快恢复算法，有以下两个要点:

①当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把ssthresh门限减半。但是接下去并不执行慢开始算法。②考虑到如果网络出现拥塞的话就不会收到好几个重复的确认，所以发送方认为网络可能没有出现拥塞。所以此时不执行慢开始算法，而是将cwnd设置为ssthresh的大小，然后执行拥塞避免算法。

缓存空间

接收方的缓存空间总是有限的。接收方根据自己的接收能力设定了接收窗口rwnd，并把这个窗口值写入TCP首部中的窗口字段，传送给发送方。因此接收窗口又称为通知窗口（advertised window）。因此，从接收方对发送方的流量控制的角度考虑，发送方的发送窗口一定不能超过对方给出的接收窗口值rwnd。

发送方窗口的上限值=Min [rwnd,cwnd]

当rwnd＜cwnd时，是接收方的接收能力限制发送方窗口的最大值。

反之，当cwnd＜rwnd时，则是网络的拥塞控制发送方窗口的最大值。

也就是说，rwnd和cwnd中较小的一个控制发送方发送数据的速率。

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