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TCP 的常见拥塞控制算法学习笔记

TCP 的拥塞控制算法有几种：

  • Tahoe

  • Reno

  • NewReno

  • SACK

  • BIC

  • CUBIC

  • BBR

Note

MSS: Maximum Segment Size，最大分段大小。

cwnd: Congestion Window，拥塞窗口，单位为 MSS。

ssthresh: Slow Start Threshold，慢启动阈值，单位为 MSS。

RTO: Retransmission TimeOut，重传超时时间。

Tahoe

Tahoe 只有两种状态：慢启动和拥塞避免。

Tahoe

慢启动阶段：cwnd = 1; ssthresh = 65535;。

每次收到一个 ACK，cwnd = cwnd + 1;，所以一个 RTT 内 cwnd 会翻倍，cwnd 呈指数增长。

拥塞避免阶段：cwnd = cwnd + 1;。

每次收到一个 ACK，cwnd = cwnd + 1 / cwnd;，所以每个 RTT 内 cwnd 只会增加 1，cwnd 呈线性增长。

触发事件：RTO 超时 或 3 个冗余 ACK。

进入慢启动状态，cwnd = 1; ssthresh = cwnd / 2;。

Tahoe 算法还有一个快速重传机制，当收到 3 个冗余 ACK 时，立即重传丢失的数据包。但无论是重传还是超时，都会将 ssthresh 设置为 cwnd / 2，并将 cwnd 设置为 1。反应很激烈，所以效率不高。

Tahoe

Reno

Reno 在 Tahoe 的基础上增加了快速恢复机制。

Reno

触发事件：3 个冗余 ACK。

进入快速恢复状态，ssthresh = cwnd / 2; cwnd = ssthresh + 3;。

在快速恢复状态下，每收到一个冗余 ACK，cwnd = cwnd + 1，直到收到新的 ACK，证明原来丢失的数据包已经被接收，回到拥塞避免状态，并且将 cwnd 设置为 ssthresh。

触发事件：RTO 超时。

和 Tahoe 一样，Reno 在 RTO 超时时，会将 ssthresh 设置为 cwnd / 2，并将 cwnd 设置为 1。

相较于 Tahoe，Reno 在收到 3 个冗余 ACK 时，不会将 cwnd 设置为 1，而是设置为 ssthresh + 3，这样可以更快地恢复拥塞窗口。

NewReno

NewReno 在 Reno 的基础上优化了快速恢复机制。在网络中只有一个丢包时，NewReno 算法和 Reno 算法的表现是一样的。但在网络中有多个丢包时，NewReno 算法可以更快地恢复拥塞窗口。

PACK：Partial ACK，部分 ACK。

RACK：Recovery ACK，恢复 ACK。

SACK

SACK：Selective Acknowledgment，选择性确认。

SACK 是一种可选的 TCP 选项，可以在 TCP 连接建立时协商是否使用 SACK。旨在解决 NewReno 一次 RTT 只能恢复一个丢包的问题。

SACK 在 Reno 的基础上增加了选择确认机制和选择重传机制。

通过 left_edge 和 right_edge 来标记已经接收到的数据包，当收到冗余 ACK 时，可以根据 SACK 选项来选择重传哪些数据包。

BIC

BIC 是一种新的拥塞控制算法，可以更好地适应高速网络。简单来说是使用了二分搜索来寻找最佳拥塞窗口。

CUBIC

优化后的 BIC 算法。

BBR

BBR 是谷歌开发的一种拥塞控制算法，可以更好地适应高速网络和高延迟网络。它不再是基于丢包的拥塞控制算法，而是基于带宽和延迟的拥塞控制算法。

参考