TCP超时与重传机制解析

本章节主要阐述TCP协议如何利用超时与重传机制来保障数据传输的可靠性，并结合软件无线电原理进行分析。

21.6 拥塞规避算法

在20.6节中我们探讨了慢启动算法，该算法用于在连接建立初期逐步提升数据传输速率。然而，当网络负载过高时，中间路由器可能出现拥塞，导致数据包丢失。为了应对这种情况，TCP引入了拥塞规避算法 ([Jacobson 1988])。

该算法基于以下假设：数据包丢失的主要原因是网络拥塞，而非传输错误。因此，一旦发生数据包丢失，就意味着网络中出现了拥塞。

拥塞指示

TCP主要通过两种方式来判断网络拥塞：

  1. 超时: 数据包发送后，经过一段时间仍未收到确认，则判定为超时。
  2. 重复确认: 接收方收到乱序的数据包后，会发送重复确认，提示发送方进行重传。

拥塞控制参数

为了实现拥塞控制，TCP维护了两个关键参数：

  1. 拥塞窗口 (cwnd): 发送方允许发送但还未收到确认的数据量上限。
  2. 慢启动门限 (ssthresh): 区分慢启动阶段和拥塞规避阶段的阈值。

算法流程

  1. 初始化阶段：连接建立初期，cwnd 设置为 1 个报文段，ssthresh 设置为 65535 字节。
  2. 数据发送：发送方根据 cwnd 和接收方通告窗口的大小来控制数据发送速率。
  3. 拥塞发生：当检测到超时或重复确认时，表明网络出现拥塞。此时，ssthresh 被设置为当前窗口大小的一半（cwnd 和接收方通告窗口的较小值，但最小为 2 个报文段）。
  4. 如果是超时触发拥塞控制，则 cwnd 被重置为 1 个报文段，进入慢启动阶段。
  5. 拥塞规避： 当收到新的数据确认时，cwnd 会根据当前所处阶段进行调整：
  6. 慢启动阶段 (cwnd <= ssthresh): cwnd 呈指数增长，快速提升传输速率。
  7. 拥塞规避阶段 (cwnd > ssthresh): cwnd 呈线性增长，缓慢提升传输速率，避免再次造成网络拥塞。

总结

拥塞规避算法与慢启动算法相辅相成，共同保障了 TCP 在不同网络环境下的传输效率和可靠性。