# TCP Congestion Control - Introduction
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## 課程影片

### 第 8H 講 TCP 與網路阻塞偵測與控制技術 L08 8

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### How TCP Works - Bytes in Flight

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## 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：

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

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*。