关于TCP报文段以及拥塞窗口cwnd的理解纠正

关于TCP报文段以及拥塞窗口cwnd的理解纠正

@(计算机网络)

在普通的拥塞控制算法中，我们总是粗粒度的关注每个RTT拥塞窗口的变化，比如初始报文段MSS = 1KB，在慢开始阶段增长规律是1→2→4→8...

这种指数级增长的规律用着很简洁。但是直到刚刚为止我才意识到为什么是指数级，以及cwnd是如何增长的。

很多题目中告知的是对每一个段进行确认，注意是每一个段。那么确认的时候，一定告诉了当前rwnd的大小，那么这个时刻的cwnd增长不是粗粒度，而是每收到一个确认，cwnd就加一个MSS.

数据链路层的RTT是往返时延，而TCP中的RTT是一个传输轮次。就是当前发送窗口全部发出并全部得到确认。

因此，假设当前发送窗口是4，那么全部发出再全部确认，且此时还是在慢开始阶段，就意味着一个RTT后，发送窗口大小是8.

具体过程是这样的：

• 第一段的确认回来了，发送窗口 = 4+1 = 5；
• 第二段的确认回来了，发送窗口 = 5+1 = 6;
• 第三段的确认回来了，发送窗口 = 6+1 = 7；
• 第四段的确认回来了，发送窗口 = 7+1 = 8;

所以一个比较细致的过程是对一个MSS一个MSS增长的。

而达到门限值时，一个RTT才增长一个MSS，就不是每收到一个段的确认就加一个MSS那么快了。

分析一道题目：

（2016.41）H3与主机S建立TCP连接，S的接收缓存是20KB，S对每个收到的段进行确认，并通告新的接收窗口(rwnd)。最大段长MSS = 1KB，平均往返时间RTT = 200ms。H3持续以MSS大小的段向S发送数据。拥塞窗口初始值阈值是32KB。S的接收缓存的数据只输入不取出。

（2）H3在收到第8个确认帧时，所通告的接收窗口是多少？此时H3的拥塞窗口是多少？H3的发送窗口是多少？

分析：先只关注这个题目。

如果只是粗粒度的掌握cwnd的变化曲线，那么这个问题将会陷入死胡同。只有理解到cwnd一个MSS一个MSS的增长时，才能精确解出。

这里初始时发送1KB，接收缓存收到后，确认帧告知H3: rwnd = 19.
一个RTT后发送2KB,接收缓存收到后，确认帧告知H3: rwnd = 17.
两个RTT后发送4KB,接收缓存收到后，确认帧告知H3: rwnd = 13.

注意下一次就不是以一个发送轮次计算了，因为现在接收缓存已经收到了7KB，且发送了7个确认。7个确认帧回来，每回来一个cwnd+1,回来7个就+7。当第8个段发过去时cwnd = 8，接收缓存收到第8个段并存起来，rwnd = 12，第8个确认帧发回到H3，cwnd又加1，变为9.

当然也可以直接说，每确认一个段就加1，因此8个段都确认了，就是cwnd = 1+8 = 9KB.

而发送窗口 = min(cwnd, rwnd) = min(12KB, 9KB) = 9KB.

题目会往更加细节的地步考察，因此只掌握大概的理论就是半瓶子醋，根本没用。需要仔细拓展，深化知识点间的关系。

2016.12.12 update:
看到之前挖了一个坑，待解决的问题现在补充说明。

之前说TCP中的RTT不同于数据链路层的RTT，确实定义不同，但也不是差别特别大。至少都是往返时延，都是对时间的计量。

TCP中的往返时延是：记录每个报文段发出的时间以及收到相应的确认报文段的时间。两个时间差就是报文段的往返时延。

而将每个报文段的往返时延加权平均，就可以得出报文段的平均往返时延。之所以要计算平均值，是因为TCP架构在互联网环境下，RTT的变化范围比较大，所以采用平均的方式会更加具有适应性。

而计算公式有一个常见的：RTT=(1−α)RTT旧+αRTT新

这个RTT也是作为RTO（超时计时器重传时间）的比较标准，RTO取的略大于RTT即可。

特别需要补充的是，对传输轮次的理解。在慢开始阶段，就是指数增长阶段，每经过一个传输轮次，拥塞窗口cwnd就加倍。这个我们非常熟悉了。详细一点，上面提到了，TCP对每一个段进行确认。所以增长并不是说，以RTT为一个时间单位跳动，而是离散但是近似连续的增长。而根据RTT的定义，是发送一个报文段开始计时到收到对这个报文段的确认。如果按照这个推演，可以想到，发送窗口中的一个报文段，按下秒表，再等到它的确认回来时，按住表，得到一个时间差。这个按照定义是RTT。在等待它的确认报文段的过程中，发送窗口中的剩下的报文也陆续出发了，假设这个陆续出发小号一定的时间，那么等到最后一个确认报文段回来时，表示这轮茶传输结束时，总的经历时间其实已经大于RTT了。But，根据很多书上的定义：

一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间RTT。

但我们知道，这其实绝不是个等号，最多是个近似值。如果连续发送耗时极短，则发送第一个报文和最后一个报文段时间忽略不计，那么第一个报文到达目的地时，第二个报文段也是紧随其后，这样，“几乎”可以认为一个传输轮次用时等于RTT了。

更严格的推导我还没怎么见过，但是如果认为一个传输轮次就是一个RTT也更能简化问题。