【正文】 閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施： ? 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測(cè)到擁塞在何時(shí)、何處發(fā)生。 ? 將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動(dòng)的地方。 ? 調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行以解決出現(xiàn)的問(wèn)題。 課件制作人：謝希仁 幾種擁塞控制方法 1. 慢開始和擁塞避免 ? 發(fā)送方維持一個(gè)叫做 擁塞窗口 cwnd (congestion window)的狀態(tài)變量。擁塞窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且動(dòng)態(tài)地在變化。發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口等于擁塞窗口。如再考慮到接收方的接收能力，則發(fā)送窗口還可能小于擁塞窗口。 ? 發(fā)送方控制擁塞窗口的原則是：只要網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就再增大一些，以便把更多的分組發(fā)送出去。但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就減小一些，以減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 課件制作人：謝希仁 慢開始算法的原理 ? 在主機(jī)剛剛開始發(fā)送報(bào)文段時(shí)可先設(shè)置擁塞窗口 cwnd = 1， 即設(shè)置為一個(gè)最大報(bào)文段 MSS 的數(shù)值 。 ? 在每收到一個(gè)對(duì)新的報(bào)文段的確認(rèn)后 ， 將擁塞窗口加 1， 即增加一個(gè) MSS 的數(shù)值 。 ? 用這樣的方法逐步增大發(fā)送端的擁塞窗口 cwnd， 可以使分組注入到網(wǎng)絡(luò)的速率更加合理 。 課件制作人：謝希仁 發(fā)送方 接收方 發(fā)送 M1 確認(rèn) M1 發(fā)送 M2~M3 確認(rèn) M2~M3 發(fā)送 M4~M7 確認(rèn) M4~M7 cwnd = 1 cwnd = 2 cwnd = 4 發(fā)送 M8~M15 cwnd = 8 … t t 發(fā)送方每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn) （重傳的不算在內(nèi)）就使 cwnd 加 1。 輪次 1 輪次 2 輪次 3 課件制作人：謝希仁 傳輸輪次 (transmission round) ? 使用慢開始算法后，每經(jīng)過(guò)一個(gè) 傳輸輪次 ，擁塞窗口 cwnd 就加倍。 ? 一個(gè)傳輸輪次所經(jīng)歷的時(shí)間其實(shí)就是往返時(shí)間 RTT。 ? “ 傳輸輪次 ”更加強(qiáng)調(diào)：把擁塞窗口 cwnd 所允許發(fā)送的報(bào)文段都連續(xù)發(fā)送出去，并收到了對(duì)已發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)的確認(rèn)。 ? 例如，擁塞窗口 cwnd = 4，這時(shí)的往返時(shí)間 RTT 就是發(fā)送方連續(xù)發(fā)送 4 個(gè)報(bào)文段，并收到這 4 個(gè)報(bào)文段的確認(rèn)，總共經(jīng)歷的時(shí)間。 課件制作人：謝希仁 設(shè)置慢開始門限狀態(tài)變量ssthresh ? 慢開始門限 ssthresh 的用法如下： ? 當(dāng) cwnd ssthresh 時(shí)，使用慢開始算法。 ? 當(dāng) cwnd ssthresh 時(shí)，停止使用慢開始算法而改用擁塞避免算法。 ? 當(dāng) cwnd = ssthresh 時(shí)，既可使用慢開始算法，也可使用擁塞避免算法。 ? 擁塞避免算法的思路是讓擁塞窗口 cwnd 緩慢地增大，即每經(jīng)過(guò)一個(gè)往返時(shí)間 RTT 就把發(fā)送方的擁塞窗口 cwnd 加 1，而不是加倍，使擁塞窗口 cwnd 按線性規(guī)律緩慢增長(zhǎng)。 課件制作人：謝希仁 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí) ? 無(wú)論在慢開始階段還是在擁塞避免階段，只要發(fā)送方判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞（其根據(jù)就是沒(méi)有按時(shí)收到確認(rèn)），就要把慢開始門限 ssthresh 設(shè)置為出現(xiàn)擁塞時(shí)的發(fā)送方窗口值的一半（但不能小于 2）。 ? 然后把擁塞窗口 cwnd 重新設(shè)置為 1，執(zhí)行慢開始算法。 ? 這樣做的目的就是要迅速減少主機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)，使得發(fā)生擁塞的路由器有足夠時(shí)間把隊(duì)列中積壓的分組處理完畢。 課件制作人：謝希仁 22 16 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng) TCP 連接進(jìn)行初始化時(shí)，將擁塞窗口置為 1。圖中的窗口單位不使用字節(jié)而使用 報(bào)文段 。 慢開始門限的初始值設(shè)置為 16 個(gè)報(bào)文段， 即 ssthresh = 16。 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端的發(fā)送窗口不能超過(guò)擁塞窗口 cwnd 和接收端窗口 rwnd 中的最小值。我們假定接收端窗口足夠大，因此現(xiàn)在發(fā)送窗口的數(shù)值等于擁塞窗口的數(shù)值。 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 在執(zhí)行慢開始算法時(shí)，擁塞窗口 cwnd 的初始值為 1，發(fā)送第一個(gè)報(bào)文段 M0。 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端每收到一個(gè)確認(rèn) ，就把 cwnd 加 1。于是發(fā)送端可以接著發(fā)送 M1 和 M2 兩個(gè)報(bào)文段。 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 接收端共發(fā)回兩個(gè)確認(rèn)。發(fā)送端每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn)，就把發(fā)送端的 cwnd 加 1?，F(xiàn)在 cwnd 從 2 增大到 4，并可接著發(fā)送后面的 4 個(gè)報(bào)文段。 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 發(fā)送端每收到一個(gè)對(duì)新報(bào)文段的確認(rèn)，就把發(fā)送端的擁塞窗口加 1，因此擁塞窗口 cwnd 隨著傳輸輪次按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng)擁塞窗口 cwnd 增長(zhǎng)到慢開始門限值 ssthresh 時(shí)（即當(dāng) cwnd = 16 時(shí)），就改為執(zhí)行擁塞避免算法，擁塞窗口按線性規(guī)律增長(zhǎng)。 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 假定擁塞窗口的數(shù)值增長(zhǎng)到 24 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)超時(shí)，表明網(wǎng)絡(luò)擁塞了。 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 更新后的 ssthresh 值變?yōu)? 12（即發(fā)送窗口數(shù)值 24 的一半），擁塞窗口再重新設(shè)置為 1，并執(zhí)行慢開始算法。 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 22 16 “乘法減小” 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 4 8 12 20 24 擁塞窗口 cwnd 新的 ssthresh 值 網(wǎng)絡(luò)擁塞 指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng) ssthresh 的初始值 慢開始 慢開始 慢開始 擁塞避免 “加法增大” 擁塞避免 “加法增大” 慢開始和擁塞避免算法的實(shí)現(xiàn)舉例 當(dāng) cwnd = 12 時(shí)改為執(zhí)行擁塞避免算法，擁塞窗口按按線性規(guī)律增長(zhǎng)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)往返時(shí)延就增加一個(gè) MSS 的大小。 傳輸輪次 課件制作人：謝希仁 乘法減小 (multiplicative decrease) ? “ 乘法減小 “ 是指不論在慢開始階段還是擁塞避免階段 ， 只要出現(xiàn)一次超時(shí) （ 即出現(xiàn)一次網(wǎng)絡(luò)擁塞 ） ， 就把慢開始門限值 ssthresh 設(shè)置為當(dāng)前的擁塞窗口值乘以 。 ? 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)頻繁出現(xiàn)擁塞時(shí) ， ssthresh 值就下降得很快 ， 以大大減少注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù) 。 課件制作人：謝希仁 加法增大 (additive increase) ? “ 加法增大 ” 是指執(zhí)行擁塞避免算法后 ，在收到對(duì)所有報(bào)文段的確認(rèn)后 （ 即經(jīng)過(guò)一個(gè)往返時(shí)間 ） ， 就把擁塞窗口 cwnd增加一個(gè) MSS 大小 ， 使擁塞窗口緩慢增大 ， 以防止網(wǎng)絡(luò)過(guò)早出現(xiàn)擁塞 。 課件制作人：謝希仁 必須強(qiáng)調(diào)指出 ? “ 擁塞避免 ” 并非指完全能夠避免了擁塞 。 利用以上的措施要完全避免網(wǎng)絡(luò)擁塞還是不可能的 。 ? “ 擁塞避免 ” 是說(shuō)在擁塞避免階段把擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長(zhǎng) ，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞 。 課件制作人：謝希仁 2. 快重傳和快恢復(fù) ? 快重傳算法首先要求接收方每收到一個(gè)失序的報(bào)文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn) 。 這樣做可以讓發(fā)送方及早知道有報(bào)文段沒(méi)有到達(dá)接收方 。 ? 發(fā)送方只要一連收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)就應(yīng)當(dāng)立即重傳對(duì)方尚未收到的報(bào)文段 。 ? 不難看出 ， 快重傳并非取消重傳計(jì)時(shí)器 ， 而是在某些情況下可更早地重傳丟失的報(bào)文段 。 課件制作人：謝希仁 快重傳舉例 發(fā)送方 接收方 發(fā)送 M1 確認(rèn) M1 t 確認(rèn) M2 發(fā)送 M2 發(fā)送 M3 發(fā)送 M4 ？ 發(fā)送 M5 發(fā)送 M6 重復(fù)確認(rèn) M2 重復(fù)確認(rèn) M2 重復(fù)確認(rèn) M2 t 發(fā)送 M7 收到三個(gè)連續(xù)的 對(duì) M2 的重復(fù)確認(rèn) 立即重傳 M3 丟失 課件制作人：謝希仁 快恢復(fù)算法 (1) 當(dāng)發(fā)送端收到連續(xù)三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)時(shí)，就執(zhí)行“乘法減小”算法，把慢開始門限 ssthresh 減半。但接下去不執(zhí)行慢開始算法。 (2)由于發(fā)送方現(xiàn)在認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)很可能沒(méi)有發(fā)生擁塞，因此現(xiàn)在不執(zhí)行慢開始算法，即擁塞窗口 cwnd 現(xiàn)在不設(shè)置為 1，而是設(shè)置為慢開始門限 ssthresh 減半后的數(shù)值，然后開始執(zhí)行擁塞避免算法（“加法增大”），使擁塞窗口緩慢地線性增大。 課件制作人：謝希仁 24 從連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn) 轉(zhuǎn)入擁塞避免 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 0 4 8 12