tcp加速原理

1、一、互聯網概述TCP，即傳輸控制協議，是目前網絡上使用的最多的傳輸協議，我們知道，整個互聯網的體系結構是以IP協議提供的無連接的端到端的報文傳輸服務為基礎，在這種體系結構下，那么端到端的數據傳輸需要自己來保證數據的可靠性，TCP所作的就是這樣的工作，它提供了端到端的數據可靠性的傳輸，當然，在互聯網上沒有100%的可靠性保證。正是因為TCP的貢獻，所以自從提出后就成為了網絡的標準傳輸協議。先來看下TCP的是如何保證數據可靠傳輸的，TCP對

2、所傳輸的數據都做了序號標記，序號是按照字節(jié)數來增長的，TCP的接收方在接到數據后發(fā)出一個確認（ACK）給對端，ACK里面包含一個序列號，這個序列號n表示序號在n之前的數據已經全部收到了，現在期待序號為n的數據到來。我們必須要知道的一個事實就是，主機發(fā)去網絡上的任何一個數據包都有可能在網絡上被丟棄，由于網絡中路由器處理能力限制、鏈路錯誤等原因都會導致數據包的丟棄。如果ACK被丟棄了的話，，那么就要靠重傳機制了。TCP對發(fā)出去的數據包都保留

3、有計時器，如果定時器到而確認還沒有收到的情況下，TCP會對剛才發(fā)送的數據包進行重傳。TCP使用確認和超時重傳機制保障了數據的可靠性傳輸。再看流量控制方面，由于數據的發(fā)送方和接收方并不一定有相同的數據處理能力，為了避免數據發(fā)送過快而超過對方的接收能力，TCP采用了流量控制機制，接收方在TCP的包頭里面通告了發(fā)送方自己的接收窗口，也就是還能夠接收的最多的數據包，這樣TCP就不會過度發(fā)包而超過對方的接收能力。似乎看上去TCP已經很完美了，它提

4、供了端到端的數據可靠性保證，并且還考慮對端的接收能力，事實上TCP的最初設計也就是這么一些機制，具體可以看RFC793的文檔。注意到這篇文檔的日期為1981年，TCP從此開始出現在互聯網上傳輸數據。1986年10月，一件事情的發(fā)生使得TCP開啟了一個新領域，從美國LBL到UCBerkeley的數據吞吐量從32Kbps下降到40bps，具體可以參見V.Jacobson的論文“CongestionAvoidanceControl”，請記住這

5、篇文章，我們后面還會多次提到它。是什么原因導致了數據吞吐量如此嚴重的下降呢？原來在TCP的控制機制里面只考慮到了接收端的接受能力，而忽略了一個很重要的方面，那就是沒有考慮到網絡自己的傳輸能力，從而造成了整個網絡崩潰的發(fā)生。從這以后，TCP的研究課題就開始多了一個方向，那就是擁塞控制，因為擁塞控制算法算法對保證互聯網的穩(wěn)定性具有十分重要的作用，其中以V.Jacobson的那篇論文開創(chuàng)了互聯網網擁塞控制領域的工作。二、擁塞的概述網的發(fā)展，上

6、網的用戶和應用的數量也隨之增長，這樣，如果不采取某種措施來協調資源的使用，那么擁塞的發(fā)生就是必然的。一般來說，擁塞控制算法包括擁塞避免和擁塞控制兩個方面，擁塞避免是一種預防機制，也就是說避免網絡進入擁塞狀態(tài)，盡量使得網絡保持在高吞吐量和低延遲的情況下。對應的擁塞控制就是恢復機制了，它使得網絡一旦發(fā)生了擁塞，需要從擁塞狀態(tài)中恢復出來，重新進入高吞吐量和低延遲的狀態(tài)?？雌饋肀容^容易，然后事情不是想象中的那么簡單?？纯礊槭裁磽砣刂剖且患容^

7、困難的事情尤其是要做到很到的擁塞控制時讓網絡的利用率達到最大化。首先是互聯網的模型，目前互聯網采用的是報文交換(packetswitched)網絡，比起之前的電路交換相比，報文交換大大提高了網絡的資源利用率（關于這一點，看看IP電話就知道為什么IP電話便宜了）。但是報文交換網絡使得整個網絡變?yōu)榉植际降?，在網絡中間沒有連接的概念，造成了每個節(jié)點所獲得的信息不是很完整，而不完整的信息要完成比較好的擁塞控制，那是非常困難的。其次就是網絡環(huán)境是

8、非常復雜的，互聯網上各處的網絡性能有很大的差異，比如說網通到電信的跨運營商網絡丟包率就非常大，網絡中間還有瓶頸鏈路，因此算法必須要有很好的適應性才行，處理報文丟失、亂序等情況。第三就是算法的性能要求，整個主要包括公平性、效率、穩(wěn)定性和收斂性等各個方面。公平性主要指在帶寬占用方面，不能一條連接占據了大部分帶寬，而讓其他的連接無法跑應用。效率指的是在帶寬充足的時候要能夠充分利用帶寬，避免帶寬的浪費。穩(wěn)定性則是要能夠長久的運行，而不能一段時間

9、后就出現無法上面所說的一些性能要求。收斂性性則是要對網絡的動態(tài)變化快速做出響應，從而調整整個網絡重新達到平衡狀態(tài)。第四點需要考慮到就是算法的開銷，擁塞算法必須盡量地減少附加的網絡流量，尤其是在擁塞恢復的時候。這就要求各個節(jié)點間的通信要盡可能少，這個要求使得算法設計變得十分困難。同時算法還必須網絡節(jié)點的計算復雜性，否則就會降低網絡節(jié)點對其它數據包的處理能力。三、TCP擁塞控制算法為了防止網絡的擁塞現象，TCP提出了一系列的擁塞控制機制。最