TCP——为什么是AIMD
提到TCP原理，一般的人谈传输功率，也便是吞吐率，了解的人谈公正性，以及收敛性。本篇博文讲一下TCP为什么运用AIMD战略，为什么是收敛的?
1.公正性和收敛性
才触摸网络协议的人或许会问：为什么要收敛和公正?TCP不是传输牢靠、够快就行了吗?
远远不够，因为TCP是端到端的，窗口增减也是试探性的“自适应”方法，网络是黑盒，这就有许多问题。你自己一个人发包发得快，侵略性强，没有太大问题。可是假如其他人也跟你相同没有控制的发包呢?这就会形成网络负载过重，以至于溃散。公正性和收敛性的起点就在这儿。让每一个TCP发送端尽或许地均分带宽，一起削减丢包，减轻网络设备的压力。这其实是很难的trade off。TCP窗口总是锯齿状地周期颤动，添加-减小，不断循环，这种勘探带宽的行为必定会形成丢包，仅仅或多或少的不同罢了。
举个比方：你现在看动漫《fate/stay night ubw》，现已开端了一段时刻，视频缓冲速度很快。这时候你周围的同学看你这么入神，发现很美观，所以参加部队，也点开视频。这时候网络该怎样分呢?又经过什么样的机制分呢?最好的成果当然是均分带宽，你自己分一半，同学也分一半，这时候你的视频缓冲就慢下来了【注 1】。公正分配说起来简单，做起来难。怎样确保彻底均分?这就要靠丢包和延时改变来反映网络状况。你的同学参加了，新建的TCP衔接会测验慢发动，慢发动其实不慢，窗口指数添加，缓冲速度快速添加，也便是说，他开端抢你的带宽了。抢到必定时刻，必定会引起丢包，或许延时的急剧添加。这时候，根据丢包或许延时改变的TCP减窗机制起作用了，你们两个都开端减窗。你减一点，我减一点。这时候你会想：不对啊，我先开端的，速度早就涨上去了，咱们两个都减，他永久赶不上我。那么，开端谈第二个问题。
2.AIMD为什么收敛
上面提到减窗，现在遍及的减窗战略是“乘性减窗”，英文对应“MD”。比方你们固有的带宽是8M，一开端你自己全占了，然后同学开端抢，慢发动发包很快，所以，交换机缓存扛不住了，丢包了。这时候你的吞吐率是7M，同学的速率是1M。你们两个的TCP察觉到丢包后，把速率各减去一半，你有3.5M，他有0.5M。网络不拥塞了，没有丢包，那就持续增窗。该增多少呢?你的带宽显着占优势，同学有没有或许取得比你更高的速率呢?怎样样增才干到达均分带宽的意图?现在遍及的增窗战略是“加性增窗”，英文对应“AI”。也便是每条TCP衔接在一个RTT内的增量是常数，假定这个加性因子为200K。那接下来的速率添加便是：你有3.5+0.2=3.7，同学有0.5+0.2=0.7.
看到这儿，或许有的人就茅塞顿开了：这样增窗，成果是我们的速率都收敛。或许还有人不理解，那就把速率随时刻改变的状况列出出来：
3.5 0.5
3.7 0.7
3.9 0.9
4.1 1.1
……………………………
5.5 2.5
2.75 1.25 MD
……………………………
4.75 3.25
2.375 1.625 MD
……………………………
4.375 3.625
2.1875 1.8125 MD
……………………………
4.1875 3.8125 MD
……………………………
从以上速率改变，能够看出，两条TCP衔接的速率在逐步趋近，这便是AIMD战略的作用：收敛，到最后公正。或许有的人意犹未尽，那就从公式视点再算一次看看。假定flow1的初始窗口为c1，flow2的初始窗口为c2。MD减窗过程中，乘性因子为beta=0.5，也便是遇到丢包，窗口减一半。AI增窗过程中，加性因子为a。所以有：
c1′ = ((c1*0.5 + m*0.2)*0.5 + m*0.2)*0.5 + m*0.2 …………
这儿m是改变的，表明增窗的次数，直到遇到丢包。可是因为带宽有限，所以m能够视为常数。
c1’能够用等比数列求和公式给出，这儿就不具体计算了。定论能够直接告知我们：
c1’收敛到跟m和beta有关，跟c1无关的常数。
c2’也相似。
收敛性的证明比较复杂，我也懒得在博文里讲这么学术化的工作。拜见【注 2】。
看到这儿，你也就理解，TCP怎么均分带宽，你同学又为什么能从你手里抢到带宽了。至于减窗是不是过于剧烈，beta能不能设置得更好，变成动态的，增窗因子能不能设置更好，变成动态的。以及能不能扔掉AIMD，运用MIMD，在什么网络中能这样做。这些问题就不是本文的评论范围了，或许今后会讲。
