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TCP拥塞控制之TCP New Reno

TCP/IP
2022-11-23
3122
更新：2022-11-23 14:16:23

TCP New Reno 是 [TCP Reno](https://ngdcn.com/post/192.html) 的扩展。它克服了 Reno 的局限性。TCP Reno 是 TCP 的第二个变体，它提出了一个内置的拥塞算法。拥塞处理不是原始 TCP/IP 套件的组成部分。TCP Reno是[TCP Tahoe](https://ngdcn.com/post/192.html)的扩展，NewReno是TCP Reno的扩展。在 Reno 中，当发生丢包时，发送方将 cwnd 与 ssthresh 值一起减少 50%。这将使网络很容易摆脱拥塞状态。但是 Reno 遭受了非常严重的积压，这损害了它的性能。

当多个数据包在同一个拥塞窗口（例如 1-10）中被丢弃时，每次它知道数据包丢失时，它都会将 cwnd 减少 50%。因此，对于 2 个数据包丢失，它会将 cwnd 减少 4 倍（50% 两倍）。但是，每个拥塞窗口减少 50% 就足以恢复所有丢失的数据包。假设cwnd=1024，在这个窗口丢了10个包，Reno将cwnd减少50%10次，最后cwnd=1024/2 10 = 1，很惊人。发送方需要 10 个 RTT 才能再次使用慢启动将其 cwnd 增加到 1024，更不用说 AIMD 算法了。

##### Reno的局限性：

1、 在同一拥塞窗口中检测多个数据包丢失需要花费大量时间。
2、 对于同一窗口中的多个数据包丢失，它多次减少拥塞窗口。事实上，其中一次减少就足够了。

##### New Reno 是如何发展起来的？

这个想法是为了克服Reno的局限性。诀窍是让发送方知道，对于在同一拥塞窗口中发生的所有数据包丢失，它需要将cwnd减少50%。这是使用部分ACK（partial ACK）完成的。新类型的ACK是为了让发送者知道这一点而引入的。在Reno中，当它接收到重传分组的ACK时，在半个静默窗口之后，它认为它是一个新的ACK，并快速恢复并进入AIMD，然后如果发生分组丢失（相同的cwnd），则它重复将cwnd减少一半的相同过程。

但是NewReno发送方将检查重新发送的分组的ACK是否是新的，即该特定cwnd的所有分组是否被接收方确认。如果该特定cwnd的所有分组都被接收方确认，则发送方将该ACK视为新的部分ACK。如果是部分ACK，则发送方不会再次将cwnd减少50%。它将保持不变，不会脱离快速恢复阶段。

##### New Reno 解决方案：

它使用了部分确认的概念。当发送方接收到第一个重传数据包的ACK时，它不会像TCP Reno那样将其视为“新ACK”。NewReno检查该特定窗口的所有先前发送的分组是否被确认。如果在同一拥塞窗口中有多个分组丢失，则即使在接收到重传的分组之后，接收方也将发送重复的ACK。这将使发送方清楚地知道，所有的分组都没有到达接收方，因此发送方不会认为该ACK是新的。它将认为它是部分ACK，因为只有部分窗口被确认，而不是整个窗口。Reno过去在收到新的ACK后会退出快速恢复阶段，但NewReno认为ACK是部分的，不会退出快速恢复。当它接收到整个拥塞窗口的累积ACK时，它会明智地做出结束快速恢复阶段的决定。

因此，NewReno 会立即检测到多个数据包丢失，不会像 Reno 那样过早地从 Fast recovery 阶段中出来。

> NewReno发送端在收到第一个Partial ACK时，并不会立即结束Fast-recovery，而会持续地重传Partial ACK之后的数据包，直到将所有丢失的数据包重传后才结束Fast-recovery。收到一个Partial ACK时，重传定时器就复位。这使得NewReno的发送端在网络有大量数据包丢失时不必等待Timeout就能更正此错误，减少大量数据包丢失对传输效果造成的影响。
>
> NewReno大约每一个RTT时间可重传一个丢失的数据包，如果一个发送窗口有M个数据包丢失，TCP NewReno的快速恢复阶段将持续M个RTT。

New Reno的状态机图如下所示(找不到清晰版)：

![image-20221123111551866](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/11/tahoe_reno/image-20221123111551866.png)

##### 总结

1、Reno快速恢复算法中发送方收到一个新的ACK就退出快速恢复状态，New Reno算法中只有当所有报文都被应答后才退出快速恢复状态。

2、NewReno TCP添加了恢复应答判断功能，以增强TCP终端通过ACK报文信息分析报文传输状况的能力。使TCP终端**可以把一次拥塞丢失多个报文的情形与多次拥塞的情形区分开来**，进而在每一次拥塞发生后拥塞窗口仅减半一次，从而提高了TCP的稳健性和吞吐量。