TCP协议拥塞控制算法（Reno、HSTCP、BIC、Vegas、Westwood

一、TCP拥塞控制的研究框架

二、现有TCP拥塞控制的算法（Reno、HSTCP、Vegas、Westwood）

三、参考文献

注：

l 基于丢包反馈：通过ACK所带回来的丢包信息来调整源端的拥塞窗口。Reno等是针对ACK返回的丢包信息改进传统TCP协议。今年来，随着网络带宽的提高、传输延时的增大，针对提高TCP带宽利用率这点，出现HSTCP、BIC-TCP、STCP协议。

l 基于路径延时反馈：RTT相对于丢包信息反应更灵敏，更能及时反映出一般网络的拥塞情况。适用于小缓存的中间节点，效率较理想。但是对于路由器经常缓存数据促使RTT延长调节拥塞窗口，实际上没有发生拥塞情况。

l 基于显示拥塞反馈：典型的ECN利用中间节点自己检测本身的拥塞状态，如路由器的反馈状态，直接反馈给TCP源端，以此调节源端的窗口值和发送速率。

1.     基于丢包反馈的TCP协议（Tahoe、Reno、New Reno、SACK）

1988年 V.Jacobson提出了，慢启动和拥塞避免的算法。后期对TCP传输协议算法不断优化改进。目前使用最广泛的TCP Reno拥塞控制主要分为4个阶段：

1）慢启动阶段：  cwnd呈现指数增长趋势

2）拥塞避免阶段：cwmd>ssthresh 呈现线性增长趋势

3）快重传阶段：发送方只要一连接收到三个重复确认就应该立即重传对方尚未的报文段，而不必等到重传计时器超时后发送。由3个重复应答判断有包丢失，重新发送丢包的信息。

4）快速恢复阶段：主要决定于收到的重复应答数据的初始门限值（一般为3）

与慢启动不同，Reno的发送方用额外到达的应答为后续包定时。

发送方窗口的上限值=min【接收方窗口，拥塞窗口】

整个reno过程见下图：

2.     基于延时反馈的TCP协议（Vegas、Westwood）

经典的Vegas算法的基本思路：RTT增加，拥塞窗口减小；RTT减少，拥塞窗口变大。

1）重传机制：Vegas采用更精确的RTT估计值在以下两种情形下决定是否重发：

- 当接受到重复ACK时，Vegas检查目前时间和记录的时间标签之差是否比超时值大，如果是，则立刻重发数据包，不必等第三个重复ACK。当接受重传数据包应答后，Vegas以3/4而不是1/2因子降低拥塞窗口。

- 当接受到非重复的ACK时，如果它是重发之后的第一或是第二个确认，Vegas将再次检测数据发送时间间隔是否查过超时值。如果是，则重发。

2）拥塞避免机制：Vegas通过比较实际吞吐量和期望吞吐量来调节拥塞窗口的大小。

期望吞吐量：Expected=cwmd/BaseRTT

实际吞吐量：Actual=cwnd/RTT

计算差值：diff=（Expected-Actual）*BaseRTT

BaseRTT是所有观测来回响应时间的最小值，一般是建立连接后所发的第一个数据包的RTT。cwnd是目前的拥塞窗口的大小。

定义阈值a、b，当diff拥塞窗口增大，+1；当diff>b，拥塞窗口缩小，-1；当ab意味着带宽充分利用，但接近拥塞状态，如果还处于慢启动阶段，说明ssthresh偏大，需要更改，使TCP进入拥塞避免阶段。如果处于拥塞避免阶段，则降低窗口增加速率。

3、基于丢包反馈的高速带宽算法（HSTCP、STCP、BIC-TCP、CUBIC）

HSTCP与STCP的基本思想：当拥塞窗口>阈值时，窗口增加因子a（w）与减少因子b（w）成为窗口调节大小w的函数。

1.     HSTCP-high speed TCP高速传输协议 

适用于高速度、大时延网络  窗口快速增长，乘性缩小

该算法的根本思想是修改标准TCP协议的反应函数，受到窗口增长和丢包下降函数综合影响。重点介绍HSTCP的拥塞避免阶段窗口的调节算法。在拥塞避免阶段，接受一个ACK后，增长方式为：

线性增加 cwmd=cwmd+a（w）/cwmd

发生一次拥塞，拥塞窗口减少方式为：

乘性减少  cwnd=（1-b(w)）*cwnd

a（w）和b（w）的公式依次为：

当w>WL

当w