TCP丢包减窗和两大状态机

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TCP丢包减窗和两大状态机

TCP拥塞控制的核心在于丢包处理，窗口如何调节等。在Linux源码中，负责TCP拥塞控制核心的代码可以概括为两大状态机：TCP拥塞控制状态机和SACK标记重传状态机。前者尤为重要，负责TCP正常状态和拥塞状态的转换，后者负责标记丢包时的重传队列。本篇文章侧重TCP拥塞控制状态机的分析，两大状态机一起讲解会十分复杂，因此暂时不讨论SACK状态机。

1.TCP拥塞控制状态机

其中，Disorder和Recovery状态是TCP丢包时进入的拥塞状态，十分关键。关于拥塞控制状态机的变换，请参阅Linux/net/ipv4/tcp_input.c, tcp_fastretrans_alert()函数。Disorder和Recovery两个状态最关键的窗口处理函数是tcp_moderate_cwnd和tcp_cwnd_down。Disorder状态基本不做窗口调整，滑动窗口相当于卡死状态。Recovery状态做降窗动作。

    tcp_fastretrans_alert() {    …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………        if (icsk->icsk_ca_state < TCP_CA_CWR) {        //disorder open < cwr        if (!(flag & FLAG_ECE))            tp->prior_ssthresh = tcp_current_ssthresh(sk);        tp->snd_ssthresh = icsk->icsk_ca_ops->ssthresh(sk);                 //这一句很关键，用当前选定的拥塞控制算法来调节阈值，多个拥塞控制算法可以切换，C语言实现多态。        TCP_ECN_queue_cwr(tp);    }    }    tcp_moderate_cwnd(struct tcp_sock *tp)    {//最多可以发送三个新的数据包，窗口基本不做调整，卡死状态        tp->snd_cwnd = min(tp->snd_cwnd,                   tcp_packets_in_flight(tp) + tcp_max_burst(tp));        tp->snd_cwnd_stamp = tcp_time_stamp;    }    tcp_cwnd_down(struct sock *sk, int flag)    {        struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);        int decr = tp->snd_cwnd_cnt + 1;        //每收到两个ACK窗口减去1        if ((flag & (FLAG_ANY_PROGRESS | FLAG_DSACKING_ACK)) ||            (tcp_is_reno(tp) && !(flag & FLAG_NOT_DUP))) {            tp->snd_cwnd_cnt = decr & 1;            decr >>= 1;            if (decr && tp->snd_cwnd > tcp_cwnd_min(sk))                tp->snd_cwnd -= decr;            tp->snd_cwnd = min(tp->snd_cwnd, tcp_packets_in_flight(tp) + 1);            tp->snd_cwnd_stamp = tcp_time_stamp;        }    }2.丢包时的窗口变化

由于我未能看懂全部拥塞状态机处理的源码，这部分只是出于自己的理解，我在这部分也卡了很久，不得寸进，还望高手指点。
假设正常传输的cwnd为10，left表示窗口左侧，right表示窗口右侧，假设这时候1号包丢失：

left_____________________________right      1  2  3  4  5  6  7  8  9  10

丢包发生后，窗口左侧卡死（因为没有收到新的ACK，窗口不能向右滑动，右侧也不能扩展），这是disorder状态，窗口不做调整，不发送新数据：

left_____________________________right        1  2  3  4  5  6  7  8  9  10

重传1号包后，依次收到后续ACK： (进入Recovery状态，窗口降低)
收到1号包ACK后，窗口左侧移动，整体向右滑动，cwnd仍为大小10：

  left_______________________________right       2  3  4  5  6  7  8  9  10  11

收到2号包ACK，左侧向右滑动，cwnd减去1，遵循cwnd_down函数逻辑，cwnd变为9：

      left___________________________right          3  4  5  6  7  8  9  10  11   

3号包ACK：

         left____________________________right             4  5  6  7  8  9  10  11  12  

4号包ACK：

            left_________________________right                5  6  7  8  9  10  11  12   

5号包ACK：

                left__________________________right                    6  7  8  9  10  11  12  13

6号包ACK：

                   left_______________________right                       7  8  9  10  11  12  13  

7号包ACK：

                      left________________________right                          8  9  10  11  12  13  14

8号包ACK：

                         left_____________________right                             9  10  11  12  13  14

9号包ACK：

                            left______________________right                                10  11  12  13  14  15

10号包ACK：

                                left__________________right                                    11  12  13  14  15

如上，窗口降低是通过减慢窗口右端的滑动速度实现的，右侧的滑动速度是左侧的二分之一。 判断cwnd已经降低到了cwnd_loss/2，则降窗过程结束。 在丢包发生后，发送了cwnd_loss/2的新数据包进入网络。cwnd_loss是丢包发生时的窗口。ACK到达是很快的，一个RTT内就有一个整窗的ACK回复，因此，上面的减窗过程很快就完成了，相当于一个RTT内，窗口降低了二分之一。
以上分析了丢包时，TCP拥塞状态的处理。由于没有考虑SACK，以上的分析只是最简单的窗口调整模型，接近于TCP reno，如果考虑SACK，窗口处理会十分复杂。有兴趣者可以研究下。
这篇文章仍不完善，是为了解答某些专业人士的疑问而写出来，恐有错讹。最近很忙，短时期内不会再更新博客。