TCP Congestion Control - Introduction

• TCP Congestion Control - Introduction
  • 課程影片
    • 第 8H 講 TCP 與網路阻塞偵測與控制技術 L08 8
    • How TCP Works - Bytes in Flight
  • 幾種 Window
    • 定義：Advertised Window
    • 定義：Congestion Window
    • 定義：Max Window
    • 定義：Effective Window
  • 核心問題：如何決定 Congeston Window？

課程影片

第 8H 講 TCP 與網路阻塞偵測與控制技術 L08 8

How TCP Works - Bytes in Flight

幾種 Window

TCP 傳送時，必須要知道自己可以傳送多少東西才不會造成網路壅塞。就算現在網路很壅塞，也要知道網路正在壅塞，並且自己調整。

定義：Advertised Window

Advertised window 指得是「接收方在一個 RTT 內，最多能接收多少位元組資料？」。這個也就是 TCP 封包中的 window 欄位。這個在前面 TCP 封包格式時就介紹過了。

定義：Congestion Window

「網路在一個 RTT 內，最多允許多少位元組的資料通過？」，這邊稱為 congestion window。既然 congestion window 表示「一個 RTT 的時間內，最多可以傳送多少位元組的資料？」因此，把 congestion window 除掉 RTT 的時間，就會是「平均一秒能傳輸多少位元組的資料？」。這個數值稱為網路的 transmission rate。即：

$$r_{\text{transmit}}=\frac{\text{Congestion Window (byte)}}{\text{RTT (s)}}$$

定義：Max Window

在考慮該用多大的流量傳輸時，必須同時考慮在傳送的時候，應取這兩個數值的最小值。比如說：如果網路很壅塞，那麼就算接收方的 buffer 再大，流量也無法增加。反之，若網路很順暢，但接收方一次能接收的資料很少，那麼也不能以太大的流量傳送。因此，實際上一個 RTT 內可以傳輸的最大數量的資料，是兩者的最小值。這個值稱為 Max Window：

$$\text{MaxWin}=min(\text{ConWin},\text{AdvWin})$$

定義：Effective Window

這個 max window 中，是一個 RTT 內可以向發送方傳輸的最大位元組數目。不過，如果在這個 RTT 內已經傳輸了某些數目的資料，那麼剩餘的額度就會變少。這個「一個 RTT 內可以傳輸資料的剩餘額度」稱為 effective window，也就是：

$$\begin{array}{rl}\text{EffWindow}=& \text{MaxWindow}\\ & -(\text{LastByteSent}-\text{LastByteAck})\end{array}$$

其中，LastByteSent 是最後一個送出去的位元組的流水號，而 LastByteAck 則是最後一個收到 ACK 的位元組的流水號。所以兩者相減，就會得到還在途中的位元組數目。

核心問題：如何決定 Congeston Window？

在上述的幾個 window 中，advertised window 是是由發送方傳送的封包中決定的，因此上述的四種大小中，就只有 congestion window 是未知的。而這個值必須由發送方自己想辦法估計。不過，大致上的原則是：

1. 發現網路變得壅塞時，就把 congestion window 降低。
2. 發現壅塞比較不壅塞，就把 congestion 增加。

那 TCP 要怎麼知道「網路變得壅塞」呢？答案是：透過收到 ACK 的步調。如果 ACK 有少、有重複，或是逾時，就可以知道網路現在比自己想像中的壅塞，因此就需要去調整自己傳送的速度。換句話說，TCP 可以透過收到的 ACK 自我調整傳輸速度。因此，有時候也會說：TCP 使用 ACK 來 self-clocking。

接下來要介紹兩個估計方法：AIMD 與 Slow Start。