TCP拥塞控制算法的改进

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TCP 拥塞控制算法的改进

1网络拥塞发生的原因

网络中的拥塞来源于网络资源和流量分布的不均衡性。一旦网络中存在过多的数据包，就会导

致网络性能的下降，这种现象称为拥塞。

拥塞会导致分组丢失率增加，从而增大端到端的延迟，累积到一定程度就是整个系统的崩溃。

这样的例子在互联网发展史上曾经不止一次的出现过，当网络处于拥塞崩溃状态时，微小的负

载增量都将使网络的有效吞吐量急剧下降。

“”“”网络拥塞发生的原因说起来也很简单，就是需求大于供给。

网络本身无法根据现有资源的情况限制用户的数量；互联网络又是一个分散控制系统，无法控

制用户使用资源的数量，不断增长的用户和应用的数量必然会导致网络发生拥塞。

2 TCP 拥塞控制

研究拥塞控制的目的不是要完全避免拥塞，而是研究怎样的拥塞程度是合适的。 TCP 网络是

可靠数据传输，采用分组交换技术来提高网络链路的利用率，也就是说，路由器队列缓存如果

是满的，则网络利用率最高，但传输延迟大；队列始终是空的或不满，则网络利用率低，传输

延迟小。所以拥塞控制的目标就是实现网络利用率和传输延迟等综合性能指标达到最优化，提

高网络的总体性能，保证网络系统长期的稳定性和鲁棒性。

TCP 的实现包含四个连续的基本过程，其实是四个不同的阶段，分别是：慢启动、拥塞避

免、快速重传和快速恢复。

慢启动：当一个新的 TCP 连接建立时，发送方发送一个缺省大小为 512 字节的 TCP 报文段

（segment），称为拥塞窗口（cwnd ），该 cwnd 的值被初始化为一个数据包，因此每经过一

个RTT，cwnd 将指数增加。该算法的原理就是将能发送到网络的新数据包的发送速率对应从

接受端返回的确认消息的速率。

拥塞避免：拥塞避免的触发条件是当发现接收方的 ACK 确认包超时到达或者收到了三个相同

的ACK 确认包时，TCP 就认为网络中出现了拥塞，开始执行拥塞避免算法，这里的触发条件

是有前提条件的，那就是 TCP 假设由于线路传输引起的数据包损坏和丢失的概率非常

小，Jacobson V 在1988 年提出的值为小于 1% 时条件就成立。在这一阶段，慢启动阈值

（ssthresh ）设置为cwnd 的一半，如果是超时，cwnd 则被置1 。如果此时 cwnd<=ssthresh 。

TCP 就重新进入慢启动，如果 cwnd>ssthresh，TCP 进入拥塞避免，发送方每收到一个 ACK，

则cwnd=cwnd+1/cwnd 。可见慢启动阶段 cwnd 的增加是指数的，而拥塞避免阶段则是线性的。

快速重传和快速恢复：发送方不等到数据包超时，在收到三个或三个以上的重复 ACK 时就判

断数据包已经丢失，这样不用等定时器超时后cwnd 置1 ，就马上重传该数据包，同时将

ssthresh 的值置为当前cwnd 的一半，这种算法来保证 TCP 保持足够的吞吐量。快速恢复的算

法是：（1 ）当第三个重复的 ACK 到达，设置 ssthresh=cwnd/2 ；重传丢失的报文；设置

cwnd=ssthresh+3 。加 3 是因为三个重复的 ACK 表示有三个数据包已经被接受方缓存了。

（2 ）每次有一个更多的重复 ACK 到达，把cwnd 加1 并在可能的情况下传输一个报文段。

（3 ）当确认新数据的下一个 ACK 到达时，设置 cwnd=ssthresh，进入拥塞避免。

3 TCP 拥塞控制算法的改进

3．1 慢启动的改进

随着 Internet 应用在互联网络中的占的比例逐步增大，Web 数据流占了网络流量的相当部分，

这些TCP 连接的数据量一般都很短小，通过了解TCP 拥塞控制原理，我们知道短 TCP 流主要

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摘要：

TCP拥塞控制算法的改进1网络拥塞发生的原因网络中的拥塞来源于网络资源和流量分布的不均衡性。一旦网络中存在过多的数据包，就会导致网络性能的下降，这种现象称为拥塞。拥塞会导致分组丢失率增加，从而增大端到端的延迟，累积到一定程度就是整个系统的崩溃。这样的例子在互联网发展史上曾经不止一次的出现过，当网络处于拥塞崩溃状态时，微小的负载增量都将使网络的有效吞吐量急剧下降。“”“”网络拥塞发生的原因说起来也很简单，就是需求大于供给。网络本身无法根据现有资源的情况限制用户的数量；互联网络又是一个分散控制系统，无法控制用户使用资源的数量，不断增长的用户和应用的数量必然会导致网络发生拥塞。2TCP拥塞控制研究拥...

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