計算機網(wǎng)絡-擁塞控制

1、計算機網(wǎng)絡原理第六章?lián)砣刂菩?晶技大學電子信息與通信學院互聯(lián)網(wǎng)技術與工程2015年12月華http:/xujing/TCP 設計:問題及解決方案基于不可靠IP的復雜協(xié)議設計的-2-No.問題及解決方案1連接建立建立: 三次握手終止: 四次握手2超時定時器問題采用Jacobson/ Karels算法估計RTT3分組亂序到達基于窗口的緩存管理4流量控制通過AdvertisedWindow通告實現(xiàn)基于窗口的流量控制5擁塞控制6協(xié)議擴展TCP首部的Seq和AdvertisedWindow字段擴展7傻瓜窗口癥狀Nagle 算法: 基于ACK自計時TCP可靠傳輸?shù)男耇oo many TCP connec

2、tions bringtoo much traffic to theermediate router-3-擁塞當網(wǎng)絡負載持續(xù)大于其承載能力則發(fā)生擁塞擁塞現(xiàn)象的體現(xiàn)持續(xù)的分組丟失分組時延不斷增加-4-擁塞控制和資源分配擁塞控制和資源分配是同一事物的兩個方面.用戶的觀點主機到主機, 端到端協(xié)議網(wǎng)絡的觀點多個流競爭資源資源: 交換機或路由器的緩存, 鏈路的帶寬擁塞: 過多的分組競爭同一條鏈路, 隊列溢出導致分組丟棄如何在競爭的用戶之間合理有效的分配資源?-5-擁塞控制和資源分配擁塞控制和資源分配是同一事物的兩個方面.如果網(wǎng)絡承擔積極主動角色資源分配預先進行網(wǎng)絡資源分配, 例如, 調度哪一個虛電路占用

3、物理鏈路如果網(wǎng)絡承擔消極擁塞控制角色允許發(fā)送方想發(fā)多少數(shù)據(jù)就發(fā)多少數(shù)據(jù), 當擁塞發(fā)生時進行恢復-6-第6章資源分配:-7-第6章. 擁塞控制及資源分配問題: 資源分配6.1 資源分配中6.3 TCP 擁塞控制6.6 總結-8- 網(wǎng)絡模型分組交換網(wǎng)無連接流會話開始時無資源預留流可以有不同粒度的定義(進程到進程, 源主機到目的主機, 等.)服務模型最大努力交付: 所有分組采用相同的方式處理9資源分配機制的分類以路由器為中心vs.以主機為中心以路由器為中心: 路由器決定什么時候轉發(fā)分組, 丟棄哪些分組, 通知主機允許的發(fā)送速率以主機為中心: 端主機觀測網(wǎng)絡狀態(tài)以路由器為中心和以主機為中心并不完全相互

4、排斥基于預留方式 vs. 基于反饋方式基于預留方式: 事先預留資源, 如果資源無法獲得則流基于反饋方式: 端主機在未預留任何容量的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)顯式或隱式反饋基于窗口方式 vs. 基于速率方式基于窗口方式: 采用與可靠傳輸相同的窗口機制基于速率方式: 接收方或網(wǎng)絡控制速率10網(wǎng)絡負載和擁塞分組丟棄膝蓋吞吐量緩慢增加時延開始快速增大kneecliff擁塞懸崖吞吐量開始快速減少直至為負載0 (擁塞)時延趨近于無窮大負載時延吞吐量擁塞控制和避免增加路由器的緩存無法避免擁塞避免擁塞的方式源端減少負載 短期流量工程 長期不斷增加鏈路的容量 長期kneecliff擁塞Load擁塞控制擁塞控制吞吐量擁塞控制

5、行為基于主機的擁塞控制-13-基于路由器的擁塞控制第6章?lián)砣刂萍百Y源分配-14-策略路由器主機章節(jié)基于主機的擁塞控制FIFO排隊TCP 擁塞控制6.2, 6.3基于路由器的擁塞控制主動隊列管理(AQM)TCP 擁塞控制資源分配和擁塞避免資源預留提供QoS6.5第6章. 擁塞控制及資源分配問題: 資源分配6.1 資源分配中6.3 TCP 擁塞控制6.3.1 累次增加/成倍減少6.3.2 慢啟動6.3.3 快速重傳和快速恢復6.6 總結-15-TCP 擁塞控制TCP源端調整發(fā)送速率以避免網(wǎng)絡過載考慮網(wǎng)絡的可用容量兩個基本問題如何察覺網(wǎng)絡擁塞?以超時作為網(wǎng)絡擁塞的標志如何調整發(fā)送速率?一個Cong

6、estionWindow 變量TCP-16-17TCP擁塞窗口每一個TCP的發(fā)送方一個擁塞窗口給定時間內允許傳送的最大數(shù)據(jù)量 (未確認的)自適應擁塞窗口分組丟失時減少: 退讓成功傳送時增加: 樂觀的探索總是努力找到合適的傳送速率Tradeoff優(yōu)點: 不需要專門的網(wǎng)絡反饋機制缺點: 持續(xù)在“合適”的速率上下波動18接收窗口vs. 擁塞窗口流量控制避免快速發(fā)送方使慢速接收方過載擁塞控制避免多個發(fā)送方使網(wǎng)絡過載不同的概念, 但是采用類似的機制TCP 流量控制: 接收窗口TCP 擁塞控制: 擁塞窗口發(fā)送方TCP窗口 =min 擁塞窗口, 接收窗口 196.3.1累次增加/成倍減少(AIMD)如何自適

7、應變化?累次增加: 分組成功傳送, 將窗口大小增加一個最大數(shù)據(jù)段大小 (MSS)成倍減少: 一旦分組丟失, 則將擁塞窗口減半減小擁塞窗口的速度比加大窗口要快得多!窗口過大 (導致分組丟失) 比 窗口過小 (使得吞吐量減少) 危害大的多AIMD: TCP穩(wěn)定的必要條件20TCP “鋸齒”窗口大小丟失減半t21新的數(shù)據(jù)流如何啟動?慢啟動(較小的CWND)避免網(wǎng)絡過載窗口大小丟失減半t但是, 從頭開始時需要一個很長的時間!6.3.2 慢啟動問題從頭開始時, 累次增加需要很長的時間才能延續(xù)接采用一種更快速的方法解決方案初始時設臵 擁塞窗口 為一個分組以指數(shù)方式有效增加窗口大小直到分組丟失-22-23慢

8、啟動與TCP鋸齒窗口大小丟失減半t指數(shù) “慢啟動”這種稱呼（”慢”）是因為最初TCP無擁塞控制機制- 源端啟動時發(fā)送整個AdvertisedWindow- 導致?lián)砣?累次增加vs. 慢啟動-24-25TCP的兩種丟棄超時分組n丟失, 超時定時器超時何時? n 是窗口的最后一個分組, 或者所有發(fā)送分組均丟失超時后, 大的CWND會導致更嚴重的分組丟失以較小的CWND重新開始三個重復的ACK分組n丟失, 但是分組 n+1, n+2, 等到達如何檢測? 接收方多次通過ACK表示期望接收分組n何時? 收到分組n后續(xù)分組收到三個重復的ACK后, 發(fā)送方快速重傳分組n倍數(shù)減少后累次增加三次重復ACK-26

9、-6.3.3 快速重傳原始重傳等待超時時會有很長一段時間連接無效知道第一個分組丟失觀測重復ACKs分組丟失亂序到達解決方案快速重傳: 如果源端收到三個重復的ACKs則不需要等待超時而快速重傳-27-快速恢復先前, 快速重傳后慢啟動快速恢復去除快速重傳與累次增加之間的慢啟動階段設臵 CongestionWindow 為先前的一半(成倍較少)cwnd擁塞避免慢啟動在穩(wěn)定狀態(tài)下, CongestionWindow 在最優(yōu)窗口大小附近振蕩Time-28-TCP擁塞控制示例-29-TCP的發(fā)展RFC 793 (1981)基于簡單滑動窗口的流量控制機制.Tahoe (1988)慢啟動, 擁塞避免, 快速重

10、傳.Reno (1990)快速恢復.新版Reno (1995)對快速重傳進行了修訂.-30-TCP的發(fā)展Sl ow start + co ng esti on a vo id an SW S a vo id a nce / Na gl e,DSACKL arg er in it i al win d owNe wRen oBa si csRT Oca lcu la t io n,de la yed ACKRF C 28 83RT O0 7 / 20 0 0RF C 79 3RF C 11 22RF C 13 23RF C 20 18RF C 29 88RF C 33 90RF C 37 820

11、 9 /19 8 11 0 /19 8 90 5 / 19 9 21 0 / 1 99 61 1 / 20 0 01 0 / 20 0 20 4 / 20 0 4RF C 25 810 4 / 19 9 9RF C 30 420 1 / 20 0 1RF C 35 170 4 / 20 0 3SAC K-blo ss recoRF C 31 68F u ll spe ci f i ca t io n ofL im it e d T ra nsm itSl ow start,0 9 / 20 0 1con ge st io n avoi da nce ,F R / F RECN-31-TCP R

12、eno及擴展TCP Reno最流行的TCP實現(xiàn)集成AIMD, 慢啟動, 快速重傳和快速恢復其他擴展選擇性ACK機制: TCP SACK顯式的擁塞通知: ECN基于時延的擁塞避免: TCP Vegas-32-第6章. 擁塞控制及資源分配問題: 資源分配6.1 資源分配中6.3 TCP 擁塞控制6.3.1 累次增加/成倍減少6.3.2 慢啟動6.3.3 快速重傳和快速恢復6.6 總結-33-擁塞控制擁塞是不可避免的ernet中不會預先進行資源分配基于主機vs.基于路由器的擁塞控制TCP 擁塞控制采用分組丟失作為擁塞的判別標示發(fā)送方采用CongestionWindow 適應網(wǎng)絡累次增加, 成倍減少慢啟動, 緩慢開始重啟-34-TCP 設計: 問題及解決方案-35-No.問題及解決方案章節(jié)1連接建立建立: 三次握手終止: 四次握手5.2.32超時定時器問題采用Jacobson/ Karels算法估計RTT5.2.63