5.4.3 Control de congestión en TCP

5.4.3 Control de congestión en TCP

El método utilizado por TCP para control de la congestión es el basado en la regulación del tráfico inyectado a la red. Esto supone que implementa funciones que le permiten estudiar cuándo es posible enviar más tráfico por el enlace, y cuándo se ha superado la capacidad del mismo y se debe disminuir la carga.

TCP emplea 4 algoritmos relacionados entre sí a los efectos de efectuar el control de congestión. Ellos son conocidos con slow start, congestion avoidance, fast retransmit y fast recovery.

Los algoritmos slow start y congestion avoidance, deben ser utilizados por la fuente TCP a los efectos de controlar la cantidad de tráfico inyectado en la red. Para esto se cuenta con tres variables de estado del protocolo. Estas son cwnd (congestion Windows), que controla del lado de la fuente la cantidad de datos que se puede enviar sin haber recibido un ACK, rwnd (receiver’s advertised window) que indica la cantidad de datos que puede recibir el destino y ssthresh (slow start threshold) que indica en qué fase de control de congestión se encuentra el transmisor (slow start si es mayor que cwnd o congestion avoidance si es menor; de ser iguales, se puede utilizar cualquiera de los dos algoritmos). El mínimo de cwnd y rwnd gobierna la transmisión. El algoritmo slow start es utilizado al comienzo de una transmisión a los efectos de que TCP pueda testear la red y conocer su capacidad evitando congestionarla. También es utilizado en el momento de recuperación ante la pérdida de algún segmento, indicada por timeout. Luego del three-way handshake, el tamaño de la ventana inicial de envío (IW: initial Windows) debe ser menor o igual que 2 x SMSS1 bytes y no mayor a dos segmentos. El valor de ssthresh debería ser lo más alto posible al comienzo (por ejemplo, igual a rwnd) y deberá reducirse en caso de congestión. Durante la fase slow start se aumenta cwnd en a lo sumo SMSS bytes por cada ACK recibido de datos nuevos entregados al receptor. Esta fase culmina cuando cwnd alcanza a ssthresh o cuando se detecta congestión.

A partir de allí se inicia la fase de congestion avoidance donde cwnd se incrementa en un segmento por round-trip time (tiempo que transcurre entre que sale un segmento y llega el ACK asociado). Esta fase continúa hasta que se alcanza la congestión nuevamente.

Durante la fase de congestion avoindance, la actualización de la variable cwnd, se realiza con la siguiente fórmula:

cwnd = cwnd + SMSS x SMSS / cwnd

Calculándose cada vez que llega un ACK no duplicado.

Cuando el transmisor detecta la pérdida de un segmento, a partir del timer de retransmisión, el valor de ssthresh debe pasar a ser:

ssthresh = max (FS / 2, 2 x SMSS)

Siendo FS (Flight Size) la cantidad de datos enviados pero aún no reconocidos o ACKed. Al mismo tiempo, cwnd no puede ser mayor que LW (Loss Window) que vale 1 segmento y sin importar el valor de IW. Se identifica con LW al tamaño de cwnd luego de detectar, a través del timer de retransmisión, una pérdida.

Posteriormente se pasa a la fase de slow start hasta alcanzar el ssthresh y luego se seguirá con la fase congestion avoidance.

Cuando se detecta la primera pérdida en una ventana de datos, mientras no se reparen todos los segmentos de dicha ventana, la cantidad de segmentos transmitidos e cada RTT no podrán ser mayor a la mitad de los segmentos salientes cuando la pérdida fue detectada. Luego que todos los segmentos fueran exitosamente retransmitidos, cwnd no podrá tomar un valor mayor a ssthresh y la fase siguiente será congestion avoidance. Pérdidas en dos ventanas de datos sucesivas o en retransmisiones indica congestión e implica que cwnd y ssthresh deben bajar dos veces.

El receptor TCP debería enviar inmediatamente un ACK duplicado si recibe un segmento fuera de orden. Con ello busca informar al transmisor el número de secuencia esperado. Las conclusiones a las que puede arribar el transmisor ante la llegada de ACK duplicados pueden ser varias. Primero, puede concluir que está ante la presencia de segmentos descartados; segundo, que por razones de tránsito en la red, los segmentos están llegando en desorden al receptor y tercero, que ocurre por duplicación de los segmentos o de los ACKs en la propia red. El receptor también debería enviar inmediatamente un ACK para aquel segmento que recibe y que se encuentra en el hueco del espacio de número de secuencia esperado de forma de colaborar con el transmisor.