如何解决TCP窗口与拥塞? TCP窗口与拥塞控制的解

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如何解决TCP窗口与拥塞? TCP窗口与拥塞控制的解

来源: 作者: 时间:2015-10-04 13:39 【

这篇文章主要为大家介绍了如何解决TCP窗口大小的调节与拥塞控制的办法,有图有步骤,很详细,需要的朋友可以参考下

  计算机网络中的带宽、交换结点中的缓存和处理机等,都是网络的资源。在某段时间,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络的性能就会变坏。这种情况就叫做拥塞。拥塞控制就是防止过多的数据注入网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制是一个全局性的过程,和流量控制不同,流量控制指点对点通信量的控制。

  TCP通过滑动窗口机制检测丢包,并在丢包发生时调整数据传输速率。滑动窗口机制利用数据接收端的接收窗口来控制数据流。

  接收窗口值由数据接收端指定,以字节数形式存储于TCP报文头,并告知传输设备有多少数据将会存储在TCP缓冲区。缓冲区就是数据暂时放置的地方,直至传递至应用层协议等待处理。因此,发送端每次只能发送Window Size字段指定的数据量。为了使发送端继续传送数据,接收端必须发送确认信息:之前的数据接收到了。同时必须对占用缓冲区的数据进行处理以释放缓存空间。下图显示了接收窗口是如何工作的:

  上图中,客户端向服务器发送数据,服务器接收窗口是5000字节。客户端发送了2500字节,服务器缓冲区还剩2500字节,之后又发送了2000字节,从而缓冲区只剩500字节。服务器发送确认信息。对缓存中数据进行处理并清空缓存。此过程重复进行,客户端又发送3000字节和1000字节,服务器缓存减少至1000字节,客户端再次确认数据并处理缓存中内容。

  调整窗口大小:

  当TCP堆 栈接收到数据的时候,生成一个确认信息并以回复的方式发送,但是放置在接收端缓存中的数据并不总是立即被处理。当服务器忙于处理从多个客户端接收的报文, 服务器很有可能因为清理缓存而变得缓慢,无法腾出空间接收新的数据,如果没有流控,则可能会造成丢包和数据损坏。好在,接收窗口所设定的速率无法使服务器 正常处理数据时,能够调整接收窗口大小。通过减小返回给发送端的ACK报文的TCP头窗口大小值来实现。如下图所示:

  上图中,服务器初始窗口大小为5000字节。客户端发送2000字节,之后又发送了2000字节,缓冲区中只有1000字节可用。服务器意识到缓冲区正在快速填满,它知道如果数据继续以此速率传输,很快会有报文丢失。为了防止报文丢失,服务器发送确认信息给客户端,更新窗口大小为1000字节。结果,客户端减少数据发送,服务器以可以接受的速率处理缓存内容,即保持数据流以稳定的速率传输。

  调整窗口大小在两个方向都是可行的。当服务器能够更加快速的处理报文时,它会发送一个较大窗口的ACK报文。

  零窗口暂停数据流:

  某些情况下,服务器无法再处理从客户端发送的数据。可能是由于内存不足,处理能力不够,或其他原因。这可能会造成数据被丢弃以及传输暂停,但接收窗口能够帮助减小负面影响。

  当上述情况发生时,服务器会发送窗口为0的报文。当客户端接收到此报文时,它会暂停所有数据传输,但会保持与服务器的连接以传输探测(keep-alive)报文。探测报文在客户端以稳定间隙发送,以查看服务器接收窗口状态。一旦服务器能够再次处理数据,将会返回非零值窗口大小,传输会恢复。下图示例了零窗口通知过程。

  服务器初始接收数据窗口为5000字节大小。从客户端接收4000字节数据之后,服务器负载变得非常繁重,无法继续处理客户端任何数据。服务器于是发送窗口大小值为0的报文。客户端暂停数据传输并发送一个探测报文。探测报文之后,服务器回复以告知客户端现在可以接收数据的报文,以及窗口大小为1000字节。客户端恢复传送数据。

  TCP滑动窗口实战:

  本例中,开始从192.168.0.20发送至192.168.0.30。我们关心的是窗口大小字段,可以从Packet List面板的Info栏以及Packet Details的TCP报文头看到。前三个报文后,可看到该值立刻减小,如下图所示:

  窗口大小值从第一个报文的8760字节变成第二个报文的5840字节到第三个报文的2920字节①。窗口大小值的减小是主机延时的典型标志。在时间栏注意到这一过程发生的非常迅速②。当窗口大小迅速减小的时候,通常就有可能下降为零。这就是第四个报文所发生的,如下图所示:

  第四个报文从192.168.0.20发送至192.168.0.30,目的是告诉192.168.0.30它不再接收任何数据。0值见于TCP报文头①,Wireshark的Packet List面板Info栏,以及TCP报文头的SEQ/ACK Analysis字段②也告诉我们这是一个0窗口报文。

  一旦发送了零窗口报文,192.168.0.30的设备不会再发送任何数据,直到收到从192.168.0.20的窗口更新,告知窗口大小已经增加了。本例中导致零窗口的问题是暂时的,所以在下一个报文中发送了窗口更新信息,如下图所示。

  本例中,窗口大小增加到一个非常健康的数值64,240字节①。Wireshark再次在SEQ/ACK Analysis告诉我们这是一个窗口更新。

  一旦收到更新报文,192.168.0.30的主机就再次开始发送数据,在报文6和报文7中。这一过程发生很快。如果它持续时间再长一点,就可能会导致网络的潜在中断,引起数据传输减慢或失败。

  下一个关于滑动窗口的例子,第一个报文是正常HTTP,从195.81.202.68至172.31.136.85。此报文之后立刻跟随一个从172.31.136.85发送的零窗口报文,如下图所示:

  这与上一个例子中的零窗口报文十分类似,但结果显著不同,172.31.136.85主机不是发送一个窗口更新并回复通讯,而是一个探测报文,如下图所示:

  此报文被Wireshark标注为探测报文①。时间栏告诉我们这一报文发生于最后一个接收到的报文3.4秒之后。这一过程持续若干次,一端发送零窗口报文另一端发送探测报文,如下图所示:

  探测报文发送间隙为3.4,6.8,13.5秒。这一过程可能会持续相当长一段时间,取决于通讯设备的操作系统。该情况下,把时间栏的值加起来,通讯暂停了25秒。

  TCP差错控制和流控排查总结:

  重传报文

  重 传的发生是由于客户端检测到服务器没有接收到它所发送的数据。因此,取决于你所分析的是通讯的哪一端,有可能是看不见重传的。如果从服务器端抓取数据,并 且它确实没有接收到客户端所发送的和重传报文,可能会一无所获因为无法看见重传报文。如果怀疑并不是服务器端导致的报文丢失,可以考虑在客户端尝试抓取报 文,以查看实际是否有重传发生。

  重复ACK

  可以将重复ACK看作重传的“所谓相反面”,因为它是在服务器检测到客户端发送报文丢失的时候产生的。大多数情况下,在通讯两端抓取流量时都可以看到重复ACK。需记住当接收报文乱序时会触发重复ACK。例如,如果服务器之接收到发送的第一个和第三个报文,就会导致发送重复ACK引起客户端对第二个报文的快速重传,因为你已经收到了第一个和第三个报文,因此不管导致第二个报文丢弃的原因是什么,都很有可能是暂时的,因此大多数情况下重复ACK都会成功发送和接收。当然,这种情形并不一定永远会发生,因此当你怀疑在服务器端丢失报文而又看不到任何重复ACK,考虑从通讯的客户端抓取报文。

  零窗口和探测报文

  滑动窗口直接与服务器无法接收和处理报文有关,任何窗口大小的缩小以及零值都是服务器问题的直接结果。所以如果你在哪里看到这两者之一发生,就应该在那里深入研究。通常应当在网络通讯两端一直主机窗口更新报文。

  以上就是解决TCP窗口与拥塞控制的办法,希望能帮到大家,谢谢阅读。

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