关于TCP滑动窗口和拥塞控制

• TCP头部记录端口号，IP头部记录IP，以太网头部记录MAC地址

• 一个TCP连接需要四个元组来表示是同一个连接（src_ip, src_port, dst_ip, dst_port）

• 为什么TCP建立连接要三次握手？

• • 通信的双方要互相通知对方自己的初始化的Sequence Number，用来判断之后发来的数据包的顺序。
  • 通知——ACK 因此需要至少三次握手了

• 建立连接时，SYN超时没收到ACK会重发，为了防止被恶意flood攻击，Linux下给了一个叫tcp_syncookies的参数

• 关闭连接的四次握手

  

• TIME_WAIT状态是为了等待确保对端也收到了ACK，否则对端还会重发FIN。

• 滑动窗口（swnd，即真正的发送窗口） = min（拥塞窗口，通告窗口）

• 通告窗口：即TCP头里的一个字段AdvertisedWindow，是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据，而不会导致接收端处理不过来。

• • 原则：快的发送方不能淹没慢的接收方

    

  • 接收端在给发送端回ACK中会汇报自己的AdvertisedWindow = MaxRcvBuffer – LastByteRcvd – 1;

  • 而发送方会根据这个窗口来控制发送数据的大小，以保证接收方可以处理。

• 拥塞窗口（Congestion Window简称cwnd）：指某一源端数据流在一个RTT内可以最多发送的数据包数。

• 拥塞控制主要是四个算法：1）慢启动，2）拥塞避免，3）拥塞发生，4）快速恢复

• TCP的核心是拥塞控制，目的是探测网络速度，保证传输顺畅

• 慢启动：

• • 初始化cwnd = 1，表明可以传一个MSS大小的数据（Linux默认2/3/4，google实验10最佳，国内7最佳）
  • 每当收到一个ACK，cwnd++; 呈线性上升
  • 因此，每个RTT(Round Trip Time，一个数据包从发出去到回来的时间)时间内发送的数据包数量翻倍，导致了每当过了一个RTT，cwnd = cwnd*2; 呈指数让升
  • ssthresh（slow start threshold）是上限，当cwnd >= ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”

• 拥塞避免算法：（当cwnd达到ssthresh时后，一般来说是65535byte）

• • 收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd
  • 当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1

• 拥塞发生时：

• • \1. 表现为RTO（Retransmission TimeOut）超时，重传数据包（反应比较强烈）

  • • sshthresh = cwnd /2
    • cwnd 重置为 1，进入慢启动过程

  • \2. 收到第3个duplicate ACK时（从收到第一个重复ACK起，到收到第三个重复ACK止，窗口不做调整，即fast restransmit）

  • • cwnd = cwnd /2
    • sshthresh = cwnd
    • 进入快速恢复算法——Fast Recovery

• 快速恢复算法（执行完上述两个步骤之后）：

• • cwnd = sshthresh + 3 (MSS)
  • 重传Duplicated ACKs指定的数据包
  • 之后每收到一个duplicated Ack，cwnd = cwnd +1 （此时增窗速度很快）
  • 如果收到了新的Ack，那么，cwnd = sshthresh ，然后就进入了拥塞避免的算法