TCP缓慢启动如何提高吞吐量？

Question

在互联网开始出现“拥堵崩溃”的时候，TCP慢启动才出现。来自Van Jacobson and Michael Karels paper的轶事示例如下：

During this period, the data throughput from LBL to UC Berkeley (sites separated
by 400 yards and two IMP hops) dropped from 32 Kbps to 40 bps.

拥塞问题通常被描述为由高速链路到慢速链路的转换，以及此瓶颈处缓冲区的数据包建立/丢弃。 我想要了解的是这样的构建会如何导致端到端吞吐量的下降，而不是简单地在链接的高速部分引起多余的活动/重传进入完整的缓冲区。例如，请考虑以下网络：

    fast       slow       fast
A ======== B -------- C ======== D

A和D是端点，B和C是从高速网络到低速网络转换的数据包缓冲区。所以例如A / B和C / D之间的链路为10Mbps，B / C之间的链路为56Kbps。现在，如果A向D发送一个大（假设理论上是无限的）消息，我试图理解的是为什么如果它只是用数据敲打TCP连接就会花费更多时间而不是适应连接中间较慢的链路速度。我设想B只是一些缓冲器以56Kbps的固定速率耗尽的东西，无论它的缓冲器被A锤击的程度有多大，而且无论因为满缓冲器而丢弃了多少数据包。因此，如果A总是保持B的缓冲区满（或者可能是满的情况），并且B总是以56Kbps的最大速率进行传输，那么通过使用慢启动，吞吐量会如何变得更好？

我唯一能想到的是，如果已收到的相同数据包D必须在拥塞时通过慢速B / C链路重新传输，这就阻止了新数据包。但D不会经常确认它收到的任何数据包，所以重传的数据包应该主要是那些合法地没有被D接收的数据包因为它们被丢弃在B的缓冲区吗？

Answer 1

请记住，网络涉及在多台计算机之间共享资源。非常简单，需要慢启动以避免少量TCP会话耗尽路由器缓冲区（在图中，这很可能是在B点和C点）

来自RFC 2001, Section 1：

  

旧TCP将与发送注入多个的发送者建立连接      进入网络的段，最多由广告所宣传的窗口大小      接收器。虽然这两个主机位于同一个LAN上时可以，      如果发送者和发送者之间有路由器和较慢的链接      接收器，问题可能出现。一些中间路由器必须排队      数据包，该路由器可能会耗尽空间。      [2]显示了这种天真的方法如何降低TCP的吞吐量      连接很大。

     

...

[2]  V. Jacobson, "Congestion Avoidance and Control," Computer
    Communication Review, vol. 18, no. 4, pp. 314-329, Aug. 1988.
    ftp://ftp.ee.lbl.gov/papers/congavoid.ps.Z.

路由器必须具有有限的缓冲区。链路之间的速度不匹配越大，没有缓慢启动的缓冲区耗尽的可能性就越大。缓冲区耗尽后，平均TCP吞吐量会下降，因为缓冲会增加TCP利用链路的能力（防止不必要的瞬间链路饱和下降）。

请注意，上面的RFC 2001已被RFC 5681取代;但是，RFC 2001为您的问题提供了更可靠的答案。

从你的OP ......

  

现在，如果A向D发送一个大的（比如理论上无限的）消息，那么我想要理解的是，为什么如果它只是用数据敲打TCP连接而不是适应连接过程中链接速度较慢。

首先，TCP中没有无限消息。在慢启动出现之前，TCP受初始窗口大小的限制。

所以，假设最初的TCP段长度为64KB。如果整个TCP段填充B处路由器的tx缓冲区，由于涉及丢包，ACK和TCP退避的动态，TCP随着时间的推移利用较少的链路。让我们来看看个别情况：

• B的tx_buffer＆lt; 64KB：您自动丢失了重传时间，因为A的TCP发送速度快于B可以使数据包出列
• B的tx_buffer＆gt; = 64KB：只要A是唯一的发送站，没有负面影响（只要D正确地确认）;但是，如果有多个主机在A的LAN上传输试图通过56K链路传输，则可能存在问题，因为在56K时将单个1500字节数据包出列需要200毫秒。如果你有来自A的64KB初始窗口的44个1500字节数据包（44 * 1460 = 64KB;你只得到1460字节的TCP有效载荷），路由器有一个饱和链接，差不多9秒处理A的流量。

第二种情况既不公平也不明智。 TCP在看到任何数据包丢失时会退出...共享单个链路的多个主机必须使用慢启动才能保持情况正常。

顺便说一句，我从未见过一个在接口上有9秒缓冲的路由器。没有用户会容忍这种延迟。大多数路由器的最大速度大约为1-2秒，而这是几年前的T-1速度。由于多种原因，今天的缓冲区甚至更小。