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【摘 要】时延测量和拥塞控制对于网络的管理、协议开发与技术发展具有重要意义。本文列出了时延和拥塞控制的概念以及产生的相应机理，并提出了应对的算法。对于网络时延测算软件的设计，本文具有理论指导意义。
【关键词】TCP 往返时延 拥塞控制
一、概念简介
TCP协议实现了流量控制和拥塞控制功能，可以保证数据的有序可靠的到达目的端。因此，目前网络传输层中多数的应用均釆用TCP协议进行。
往返时延（RTT）是研究TCP连接行为的重要测度，它是指从TCP发端发出报文到接收到通信对端立即返回的确认报文所经历的时长。
拥塞控制（congestion control）是防止过多的数据注入网络中，这样可以使网络的路由或链路不过载。对于通信端点来说，拥塞往往表现为通信时延的增加。
二、TCP往返时延
（一）概述
TCP相对于UDP来说是可靠传输，但代价也是存在的。TCP采用一种自适应的算法，它记录一个报文段发出的时间，以及收到相应确认的时间，这两个时间之差就是往返时延（RTT）。TCP保留了RTT的一个加权平均往返时间RTTs。时延的测量有挺多，以下给出两种。
（二）SYN-ACK方法
SYN-ACK方法，通过监测TCP三次握手建立连接的过程来估计RTT。用监测到的最后一个和第一个ACK之间的时间间隔来计算RTT。使用此方法的前提： SYN-ACK和ACK的传输没有被延迟；SYN-ACK在传输中没有丢包，ACK在到达监测点前没有丢包；SYN和ACK在传输的过程中时间抖动不大。SYN-ACK方法的不足之处在于：丢包可能导致RTT估计过长，超过3秒的RTT被认为是不准确的。有些操作系统会使用DelayACK方式工作，导致RTT估计错误。为了减少错误，，SYN-ACK方法使用HTTP请求和应答之间的时延作为RTT估计的上界。
（三）SPECTRAL ANALYSIS方法
SPECTRAL ANALYSIS方法基本思想是：（1）使用前256个分组的到达间隔生成RTT初始估计值。（2）使用滑动窗口估计来设置RTT估计的上界。（3）使用序列号/应答号之间的关系来寻找DATA-ACK-DATA关联，设置RTT估计的下界。（4）使用自相关函数和Lomb-Scargle周期图来估计RTT。
三、TCP拥塞控制
（一）概述
拥塞的直接原因主要有：（1）存储空间不足；（2）带宽容量不足；（3）处理能力较弱。为对传输层进行拥塞控制，因特网建议标准定义了四种算法。
（二）拥塞控制算法
1.慢启动
旧的TCP在启动一个连接时会向网络中发送许多数据包，由于一些路由器必须对数据包排队，所以这样就有可能耗尽存储空间，从而导致TCP连接的吞吐量（throughput）急剧下降。避免这种情况发生的算法就是慢启动。当建立新的TCP连接时，拥塞窗口（cwnd）初始化为一个数据包大小。源端按cwnd大小发送数据，每收到一个ACK确认，cwnd 就增加一个数据包发送量. 很显然，cwnd的增长将随RTT呈指数级（exponential）增长：1个、2个、4个等等。 源端向网络中发送的数据量将急剧增加。
2.拥塞避免
发送端的cwnd每经过一个往返时延RTT就增加一个最大报文段长度MSS的大小，而不是加倍，使得cwnd按线性规律缓慢增长，当出现一次超时时，令慢开始门限ssthresh等于当前cwnd的一半。可归纳如下：
当cwnd小于ssthresh时，使用慢开始算法。
当cwnd大于等于ssthresh时，改用拥塞避免算法。
3.快重传和快恢复
当数据包超时时，cwnd 要被置为1，重新进入慢启动，这会导致过大地减小发送窗口尺寸，降低TCP连接的吞吐量. 所以快速重传和恢复就是在源端收到3 个或3 个以上重复ACK 时，就断定数据包已经丢失，重传数据包，同时将ssthresh 置为当前cwnd 的一半，而不必等到RTO 超时。
总的来说，TCP 拥塞控制算法如下：
1.初始化： win = min（ cwnd，awin）
cwnd = 1；
ssthresh = 65535bytes （缺省值）；/
2.当新确认包ACK 到达时：If（ cwnd < ssthresh）
/ Slow Start /
cwnd = cwnd + 1；
Eise
/ Congestion Auoidance /
cwnd = cwnd + 1 / cwnd；
3.超时： ssthresh = max（2，min（ cwnd / 2，awin））；
cwnd = 1；
四、结语
计算机网络给我们带来便利的同时，也存在一些问题，如网络时延、拥塞、带宽等问题。本文给出了一些问题的原因以及解决算法。在设计网络时延的测量软件时，本文可以起到较好的理论指导。
参考文献：
[1]张轶博，雷振明.一种被动式RTT测量算法.北京邮电大学学报，2004，27（5）.
[2]范君晖.TCP/IP拥塞控制算法浅述[期刊论文]-上海工程技术大学学报，2004（3）.
[3]施荣华，王国才.计算机通信网络技术及应用，中国水利水电出版社，2010.
[4]周明天，汪文勇编著，《TCP /IP网络原理与技术》，清华大学出版社.
【关键词】TCP 往返时延 拥塞控制
一、概念简介
TCP协议实现了流量控制和拥塞控制功能，可以保证数据的有序可靠的到达目的端。因此，目前网络传输层中多数的应用均釆用TCP协议进行。
往返时延（RTT）是研究TCP连接行为的重要测度，它是指从TCP发端发出报文到接收到通信对端立即返回的确认报文所经历的时长。
拥塞控制（congestion control）是防止过多的数据注入网络中，这样可以使网络的路由或链路不过载。对于通信端点来说，拥塞往往表现为通信时延的增加。
二、TCP往返时延
（一）概述
TCP相对于UDP来说是可靠传输，但代价也是存在的。TCP采用一种自适应的算法，它记录一个报文段发出的时间，以及收到相应确认的时间，这两个时间之差就是往返时延（RTT）。TCP保留了RTT的一个加权平均往返时间RTTs。时延的测量有挺多，以下给出两种。
（二）SYN-ACK方法
SYN-ACK方法，通过监测TCP三次握手建立连接的过程来估计RTT。用监测到的最后一个和第一个ACK之间的时间间隔来计算RTT。使用此方法的前提： SYN-ACK和ACK的传输没有被延迟；SYN-ACK在传输中没有丢包，ACK在到达监测点前没有丢包；SYN和ACK在传输的过程中时间抖动不大。SYN-ACK方法的不足之处在于：丢包可能导致RTT估计过长，超过3秒的RTT被认为是不准确的。有些操作系统会使用DelayACK方式工作，导致RTT估计错误。为了减少错误，，SYN-ACK方法使用HTTP请求和应答之间的时延作为RTT估计的上界。
（三）SPECTRAL ANALYSIS方法
SPECTRAL ANALYSIS方法基本思想是：（1）使用前256个分组的到达间隔生成RTT初始估计值。（2）使用滑动窗口估计来设置RTT估计的上界。（3）使用序列号/应答号之间的关系来寻找DATA-ACK-DATA关联，设置RTT估计的下界。（4）使用自相关函数和Lomb-Scargle周期图来估计RTT。
三、TCP拥塞控制
（一）概述
拥塞的直接原因主要有：（1）存储空间不足；（2）带宽容量不足；（3）处理能力较弱。为对传输层进行拥塞控制，因特网建议标准定义了四种算法。
（二）拥塞控制算法
1.慢启动
旧的TCP在启动一个连接时会向网络中发送许多数据包，由于一些路由器必须对数据包排队，所以这样就有可能耗尽存储空间，从而导致TCP连接的吞吐量（throughput）急剧下降。避免这种情况发生的算法就是慢启动。当建立新的TCP连接时，拥塞窗口（cwnd）初始化为一个数据包大小。源端按cwnd大小发送数据，每收到一个ACK确认，cwnd 就增加一个数据包发送量. 很显然，cwnd的增长将随RTT呈指数级（exponential）增长：1个、2个、4个等等。 源端向网络中发送的数据量将急剧增加。
2.拥塞避免
发送端的cwnd每经过一个往返时延RTT就增加一个最大报文段长度MSS的大小，而不是加倍，使得cwnd按线性规律缓慢增长，当出现一次超时时，令慢开始门限ssthresh等于当前cwnd的一半。可归纳如下：
当cwnd小于ssthresh时，使用慢开始算法。
当cwnd大于等于ssthresh时，改用拥塞避免算法。
3.快重传和快恢复
当数据包超时时，cwnd 要被置为1，重新进入慢启动，这会导致过大地减小发送窗口尺寸，降低TCP连接的吞吐量. 所以快速重传和恢复就是在源端收到3 个或3 个以上重复ACK 时，就断定数据包已经丢失，重传数据包，同时将ssthresh 置为当前cwnd 的一半，而不必等到RTO 超时。
总的来说，TCP 拥塞控制算法如下：
1.初始化： win = min（ cwnd，awin）
cwnd = 1；
ssthresh = 65535bytes （缺省值）；/
2.当新确认包ACK 到达时：If（ cwnd < ssthresh）
/ Slow Start /
cwnd = cwnd + 1；
Eise
/ Congestion Auoidance /
cwnd = cwnd + 1 / cwnd；
3.超时： ssthresh = max（2，min（ cwnd / 2，awin））；
cwnd = 1；
四、结语
计算机网络给我们带来便利的同时，也存在一些问题，如网络时延、拥塞、带宽等问题。本文给出了一些问题的原因以及解决算法。在设计网络时延的测量软件时，本文可以起到较好的理论指导。
参考文献：
[1]张轶博，雷振明.一种被动式RTT测量算法.北京邮电大学学报，2004，27（5）.
[2]范君晖.TCP/IP拥塞控制算法浅述[期刊论文]-上海工程技术大学学报，2004（3）.
[3]施荣华，王国才.计算机通信网络技术及应用，中国水利水电出版社，2010.
[4]周明天，汪文勇编著，《TCP /IP网络原理与技术》，清华大学出版社.