TCP/IP卷一:90---TCP拥塞控制之（共享拥塞状态信息、TCP友好性）

一、共享拥塞状态信息

• 前面的讨论和举例都是针对单一的TCP连接的拥塞处理操作。然而，相同的主机之间随后可能建立新的连接，这些新连接也需要重新进行拥塞处理，建立自已的ssthresh和cwnd值。在许多情况下,新连接可能会用到相同主机之间的其他连接的信息,包括已关闭的连接 或者正处于活动状态的其他连接。这就是相同主机间多个连接共享拥塞状态信息。之前的一 篇名为“TCP控制块相互依赖性”的文章[RFC2140]描述了相关内容，其中注意区分了暂时 共享(temporal sharing,新连接与已关闭连接间的信息共享)和总体共享(ensemble sharing, 新连接与其他活动连接间的信息共享) 。
• 为将上述思想形成除TCP外的新的应用协议, [RFC3124]提出了拥塞管理( Congestion Manager)机制。该机制使得本地操作系统可实现相关协议来了解链路状态信息,如丢包率、 拥塞估计、RTT等
• Linux在包含路由信息的子系统中实现了上述思想,即第15章已经提到的目的度量。这 些度量默认开启(在前面的扩展示例中,我们通过设置sysctl变量net.ipv4.tcp_no_metrics_save为1禁用了该项功能)。当一个TCP连接关闭前,需要保存以下信息：RTT测量值(包 括srtt和rttvar)、重排估计值以及拥塞控制变量cwnd和ssthresh。当相同主机间的新连接建 立时,就可以通过这些信息来初始化相关变量

二、TCP友好性

• TCP作为最主要的网络传输协议，在传输路径中会经常出现几个TCP连接共享一个或 多个路由的情况。然而，它们并非均匀地共享带宽资源，而是根据其他连接动态地调节分配。但也会出现例外情形，如TCP与其他（非TCP）连接或者使用不同设置的TCP连接竞争带宽
• 为避免多个TCP连接对传输资源的恶性竞争，研究者提出了一种基于计算公式的速率 控制方法，限制特定环境下TCP连接对带宽资源的使用。该方法称为TCP友好速率控制 （TCP Friendly Rate Control，TFRC） [RFC5348] [FHPWOO]，它基于连接参数和环境变量（如 RTT、丢包率）实现速率限制。与传统TCP相比，它能实现更高的带宽利用率,因此更适用于流媒体这种大传输量（如视频传输）的应用。TFRC使用如下公式来决定发送率：

• 从另一方面来看TCP发送率，即在拥塞避免阶段，怎样根据接收的无重复ACK来调 整窗口大小。回顾前面讨论过的标准TCP，使用拥塞避免算法时，每接收一个好的ACK，cwnd就会增加1/cwnd，而每当出现一次丢包，cwnd就会减半，这被称为和式增加/积式减少（AIMD）拥塞控制。通过将1/cwnd和1/2替换为a和b，我们得到了一般化的AIMD等式：

• 根据[FHPWOO]给出的结果，上述等式得出的发送率为（以包个数/RTT为单位）：

• 对于传统TCP，a= 1，b=0.5，这样上式就简化为r=1.2/√p，称为简化的标准TCP 响应函数。它的TCP速率(cwnd调节)只和丢包率相关,而没有考虑重传超时。当TCP没 有受其他因素（发送方或接收方缓存、窗口缩放等）影响时，在这样的良性环境下，简化函 数能很好地控制TCP性能
• 对TCP响应函数的任何修改都会影响它(或实现了相似拥塞控制模式的其他协议)与标 准TCP的竞争。因此，通常会使用相对公平(relative faimess)的方法来分析新的拥塞控制模式。根据丢包率，相对公平给出了改进拥塞控制模式协议和标准TCP协议的速率比。这是衡量改进模式在带宽共享方面公平性的重要指标
• 要建立与标准TCP公平竟争的速率调节机制，理解上述公式只是第一步。针对特定的协议，实现TFRC会存在具体的细节差异，包括怎样正确测量RTT、丢包率、包大小等。这些问题在[RFC5348]中有详细讨论