Fast TCP设计原理

Fast TCP采用延时队列作为拥塞信号。现有的TCP采用丢包来判断是否拥塞，所以平均的发送数据的速率依赖于丢包概率，导致有两个缺点：低丢包率需要保持高传输速率；丢包提供的拥塞等级的信息太少，但是延时可以知道一个连续的状况，可以提供更多有关网络状况的信息。 Fast TCP是一种针对高延迟、长距离网络连接优化的TCP拥塞控制算法，旨在提高TCP流控性能，尤其适用于需要高效网络性能的环境，如大型网络和远程通信。它由加州理工学院NETLab实验室研发，并由FastSoft公司商业化，可以在发送端以硬件单元的形式部署，而无需改变接收端的硬件或软件。 Fast TCP的核心改进在于使用延时队列作为拥塞信号，而不是像传统TCP那样依赖丢包。传统TCP基于丢包率来调整发送速率，但这种方式有两个主要缺点：一是为了保持低丢包率，必须维持较高的传输速率；二是丢包提供的拥塞信息有限。相比之下，网络延迟的变化可以提供更丰富的网络状况信息，使Fast TCP能更早地检测到拥塞。 Fast TCP的设计中，它维护一个固定容量的packet队列，队列长度根据采样的RTT（往返时间）与基准RTT来估计。当入队的packet数量少时，它可以增加发送速率，反之则减少速率。这种方法可以更平滑地调整速率，避免基于丢包算法的波动性，因为它在部分填充buffer时就能察觉到拥塞。 Fast TCP的主要优点是提高了稳定性，减少了速率波动，并且能够更早发现拥塞。然而，它的一个缺点是在与基于丢包的算法共存的网络环境中，可能无法竞争过基于丢包的主机，因为它们的侵略性较弱。 Fast TCP的拥塞控制算法包含三个关键点： 1. 平衡算法，用于消除packet级别的波动，确保更平滑的数据传输。 2. 基于入队延迟的参数来评估拥塞程度，这比基于丢包概率的估计更为准确。 3. 稳定的流量动态，能够实现加权比例公平，避免对长距离流的不公平对待。 在拥塞控制的理论背景中，Fast TCP涉及到源端算法和连接算法，分别在TCP层和路由器层实施。丢包概率和队列延迟共同决定了网络的拥塞程度。TCP/AQM系统形成一个分布式反馈系统，通过源端和网络设备之间的交互寻求全局最优的性能和稳定性。 Fast TCP通过迭代源端速率和路由器拥塞参数来找到最大化效率的均衡点。这种迭代过程保证了网络性能（如带宽利用率、延迟和公平性）的优化。同时，引入了二元理论来保证系统的稳定性和公平性，源端根据延迟降低响应，路由根据队列空间调整响应，通过缓慢时间调整在源端和路由器算法上实现随机公平和高效率。 Fast TCP的控制原理分为四个部分：数据控制、窗口控制、突发控制和估算部分。这些部分协同工作，根据网络条件和RTT信息动态调整数据传输策略，以实现更有效的拥塞控制和性能优化。