2015软件水平测试：TCP协议的部分解析(3)[1]

　　1.端到端的TCP协议和IP协议之间的矛盾

　　端到端的TCP只能看到两个节点，那就是自己和对方，它们是看不到任何中间的路径的。可是IP网络却是一跳一跳的，它们的矛盾之处在于TCP的端到端流量控制必然会导致网络拥堵。因为每条TCP连接的一端只知道它对端还有多少空间用于接收数据，它们并不管到达对端的路径上是否还有这么大的容量，事实上所有连接的这些空间加在一起将瞬间超过IP网络的容量，因此TCP也不可能按照滑动窗口流量控制机制很理想的运行。

　　势必需要一种拥塞控制机制，反应路径的拥塞情况。

　　疑难杂症15：拥塞控制的本质

　　由于TCP是端到端协议，因此两端之间的控制范畴属于流量控制，IP网络的拥塞会导致TCP分段的丢失，由于TCP看不到中间的路由器，因此这种丢失只会发生中间路由器，当然两个端点的网卡或者IP层丢掉数据分段也是TCP看不到的。因此拥塞控制必然作用于IP链路。事实上我们可以得知，只有在以下情况下拥塞控制才会起作用：

　　a.两个或两个以上的连接(其中一个一定要是TCP，另一个可以是任意连接)经过同一个路由器或者同一个链路时;

　　b.只有一个TCP连接，然而它经过了一个路由器时。

　　其它情况下是不会拥塞的。因为一个TCP总是希望独享整条网络通路，而这对于多个连接而言是不可能的，必须保证TCP的公平性，这样这种拥塞控制机制才合理。本质上，拥塞的原因就是大家都想独享全部带宽资源，结果导致拥塞，这也是合理的，毕竟TCP看不到网络的状态，同时这也决定了TCP的拥塞控制必须采用试探性的方式，最终到达一个足以引起其“反应”的“刺激点”。

　　拥塞控制需要完成以下两个任务：1.公平性;2.拥塞之后退出拥塞状态。

　　疑难杂症16：影响拥塞的因素

　　我们必须认识到拥塞控制是一个整体的机制，它不偏向于任何TCP连接，因此这个机制内在的就包含了公平性。那么影响拥塞的因素都有什么呢?具有讽刺意味的是，起初TCP并没有拥塞控制机制，正是TCP的超时重传风暴(一个分段丢失造成后续的已经发送的分段均被重传，而这些重传大多数是不必要的)加重了网络的拥塞。因此重传必然不能过频，必须把重传定时器的超时时间设置的稍微长一些，而这一点在单一重传定时器的设计中得到了加强。除此TCP自身的因素之外，其它所有的拥塞都可以靠拥塞控制机制来自动完成。

　　另外，不要把路由器想成一种线速转发设备，再好的路由器只要接入网络，总是会拉低网络的总带宽，因此即使只有一个TCP连接，由于TCP的发送方总是以发送链路的带宽发送分段，这些分段在经过路由器的时候排队和处理总是会有时延，因此最终肯定会丢包的。

　　最后，丢包的延后性也会加重拥塞。假设一个TCP连接经过了N个路由器，前N-1个路由器都能顺利转发TCP分段，但是最后一个路由器丢失了一个分段，这就导致了这些丢失的分段浪费了前面路由器的大量带宽。

　　2.拥塞控制的策略

　　在介绍拥塞控制之前，首先介绍一下拥塞窗口，它实际上表示的也是“可以发送多少数据”，然而这个和接收端通告的接收窗口意义是不一样的，后者是流量控制用的窗口，而前者是拥塞控制用的窗口，体现了网络拥塞程度。

　　拥塞控制整体上分为两类，一类是试探性的拥塞探测，另一类则是拥塞避免(注意，不是常规意义上的拥塞避免)。

　　2.1.试探性的拥塞探测分为两类，之一是慢启动，之二是拥塞窗口加性扩大(也就是熟知的拥塞避免，然而这种方式是避免不了拥塞的)。

　　2.2.拥塞避免方式拥塞控制旨在还没有发生拥塞的时候就先提醒发送端，网络拥塞了，这样发送端就要么可以进入快速重传/快速恢复或者显式的减小拥塞窗口，这样就避免网络拥塞的一沓糊涂之后出现超时，从而进入慢启动阶段。

　　2.3.快速重传和快速恢复。所谓快速重传/快速恢复是针对慢启动的，我们知道慢启动要从1个MSS开始增加拥塞窗口，而快速重传/快速恢复则是一旦收到3个冗余ACK，不必进入慢启动，而是将拥塞窗口缩小为当前阀值的一半加上3，然后如果继续收到冗余ACK，则将拥塞窗口加1个MSS，直到收到一个新的数据ACK，将窗口设置成正常的阀值，开始加性增加的阶段。

　　当进入快速重传时，为何要将拥塞窗口缩小为当前阀值的一半加上3呢?加上3是基于数据包守恒来说的，既然已经收到了3个冗余ACK，说明有三个数据分段已经到达了接收端，既然三个分段已经离开了网络，那么就是说可以在发送3个分段了，只要再收到一个冗余ACK，这也说明1个分段已经离开了网络，因此就将拥塞窗口加1程序员考试