Introduction to Computer Networking学习笔记（二十一）：TCP拥塞控制-基础、公平分配带宽准则

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哇，不知不觉这个课程也学了挺久了，说明一下，学习的是Stanford大学的CS144 Introduction to Computer Networking。终于学完了第三章Packet Switching。接下来就是拥塞控制了，这一部分也是计算机网络中很重要的一部分。笔者腾讯后台开发一面面试官就问了我TCP如何进行拥塞控制，可见也是面试常问内容，还是非常值得深入理解的。接下来就开始吧，最开始当然就是拥塞控制的一些基础知识。

在第二章我们我们学过滑动窗口，这两者有一定的相通性。滑动窗口是在一个连接之间建立联系，防止发送者淹没接收者。拥塞控制则是为了防止很多发送者发送太多数据到整个网络中，将整个网络淹没，因为可能每个接收者都没有被淹没，但是总的数据包却使发送者和接收者之间的网络淹没。

如下图，首先我们可以从三个尺度上认识拥塞：第一，两个包到达路由的时间有交错，此时晚到的包需要存储在queue中等待前面的包发送完成后再进行发送，这个时间尺度是极小的；第二，是从flow的维度上来看，当两个传输流目的link为同一个并且两个流的输入速率大于输出速率时，就会产生丢包，这个时间尺度也是比较小的，是单次或几次端对端传输的时间，比如请求一个网页或者发送一个电子邮件；第三个是在正常时间维度内，比如早晨会有大量用户使用谷歌，大量用户在某个时间段内集中使用某个link，也会造成带宽不够。本章我们主要学习在第二个尺度上，TCP如何实现拥塞控制。

拥塞是不可避免的：

为了使链路的利用率提高，我们采用packet Switching的方式，在这种方式下，路由的缓冲区会经常性的被填充；
如果缓冲区一直空闲，此时延迟比较低，但是网络的利用率很低；
如果缓冲区一直被填充，那么网络利用率很高，但是延迟会很高。

因此处理拥塞时，要尽可能在网络利用率和延迟之间达到一种平衡。

拥塞处理的公平性：

在对带宽进行分配时，会牵扯到公平性问题，如何定义这个公平性，我们采用Max-min Fairness：使传输速率最小的flow的传输速率达到最大，也即这种状态下，你无法在不减小流速更低的flow的传输速率的情况下增大一个flow的传输速率。以下面为例：

有三个输入，一个输出，则每人可以分配1/3，但是C只需要0.2，则C分配0.2，A、B可均分剩余0.8，即各0.4，0.4低于两者需求，则分配完毕。即分配时从需求最小的开始分配，当均分可用带宽所有入口都无法完全满足时，则均分后停止分配即可。