基于TCP的拥塞控制方法、装置、电子设备和存储介质与流程

基于tcp的拥塞控制方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
1.本公开涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于tcp的拥塞控制方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.在互联网的发展中，对于流量成本的控制要求越来越严格，其中，流量成本主要由两个因素决定，一个是发送的数据本身，另一个则是发送数据的重传率，其中，发送数据的重传率则由网络质量的好坏和发送协议的策略决定的。
3.网络拥塞是指在网络中传输数据时，由于网络带宽有限或网络流量过大，导致网络传输能力无法满足用户需求，从而导致网络延迟增加、传输速度变慢甚至出现数据丢失的现象。网络拥塞常见于繁忙的网络环境或大规模网络使用情况下，主要原因包括：高网络流量：当网络中同时存在大量用户或大量数据传输时，网络带宽可能无法承载如此高的流量，从而导致网络拥塞；网络瓶颈：某些网络节点或网络设备可能成为传输瓶颈，无法快速处理和转发大量数据流量，导致数据在此处堆积，进一步引发网络拥塞；不适当的网络调度和管理：网络调度算法和网络管理策略不合理或不适应当前网络环境，可能导致某些资源没有被充分利用，或者资源分配不均衡，从而引起网络拥塞；外部因素影响：网络拥塞还可能由于外部因素引发，例如网络攻击、意外事件或自然灾害等，这些因素可能导致网络流量的异常增加或网络设备的故障，进而引发拥塞现象。
4.但若由于网络拥塞导致触发拥塞控制时，发送窗口便会被减小，此时会等待网络中的包到来并按照拥塞控制和流量控制的规则增大发送窗口，在这一等待过程中，若网络中确认到来的包中含有被标记丢包但尚未发送的包时，再进行发送，过大的重传包数量则会导致带宽的浪费。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种基于tcp的拥塞控制方法、装置、电子设备和存储介质。
6.根据本公开的第一方面，提供了一种基于tcp的拥塞控制方法。该方法应用于发送端，包括：
7.接收接收端发送的确认包；
8.获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号；
9.根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列；
10.若否，则逐一分析后续的确认包以确定是否丢包；
11.根据丢包情况计算可用发送窗口。
12.进一步地，根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列，包括：
13.将在所述待重传队列中的所述传输数据移出待重传队列。
14.进一步地，所述逐一分析后续的确认包以确定是否丢包，包括：
15.若连续三个确认包中没有对应的确认号，则确定丢包。
16.进一步地，所述根据丢包情况计算可用发送窗口，包括：
17.将确认丢包的对应的传输数据移入待重传队列；
18.执行拥塞控制算法以减小最大发送窗口。
19.进一步地，所述获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号，还包括：
20.根据所述累计确认包中的最大确认号确定接收端的接收数据量，并根据所述接收数据量调整拥塞窗口和流量窗口。
21.进一步地，所述执行拥塞控制算法以减小最大发送窗口，包括：
22.根据所述拥塞窗口减小最大发送窗口。
23.进一步地，所述根据丢包情况计算可用发送窗口，包括：
24.根据未丢包的确认包，将所述流量窗口作为发送端的发送窗口继续发送数据。
25.根据本公开的第二方面，提供了一种基于tcp的拥塞控制装置。该装置包括：
26.接收模块，用以接收接收端发送的确认包；
27.获取模块，用以获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号；
28.判断模块，用以根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列；
29.分析模块，用以在判断所述传输数据不在待重传队列时，逐一分析后续的确认包以确定是否丢包；
30.计算模块，用以根据丢包情况计算可用发送窗口。
31.根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现基于tcp的拥塞控制方法。
32.根据本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现基于tcp的拥塞控制方法。
33.本公开通过在tcp拥塞控制的快速重传触发时，其对是否丢包进行判断，因此在触发协议拥塞控制导致等待时，协议有概率可以接收到网络中被标记丢包的数据包到来，通过根据确认号判断传输数据是否在待重传队列对接收端已经接收到的数据进行直接确认，以防止再次将其进行重新发送，防止带宽的浪费，减小数据的重传率，同时通过确认发送数据是否丢包，及时进行重传并调整发送窗口，优化了带宽利用，实现了拥塞控制，从而提高数据传输的效率和性能。
34.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
35.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
36.图1示出了根据本公开实施例的基于tcp的拥塞控制方法的流程图；
37.图2示出了根据本公开实施例的基于tcp的拥塞控制装置的框图；
38.图3示出了能够实施本公开实施例的示例性电子设备的方框图。
具体实施方式
39.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
40.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
41.图1示出了根据本公开实施例的基于tcp的拥塞控制方法的流程图，该方法应用于发送端，包括：
42.s101，接收接收端发送的确认包。
43.例如，发送端将要传输的数据分割成较小的数据包，并添加必要的协议头部信息，然后，通过网络传输将这些数据包逐个发送给接收端，数据包通过网络传输到达接收端，接收端接收到数据包后，会解析协议头部信息，以获取相应的数据。接收端可能会对数据进行校验，以确保数据的完整性和准确性，接收端对接收到的数据包进行确认，通常使用确认应答(ack)的方式。本实施例的发送端会根据接收到的确认包信息来判断数据是否成功发送。
44.s102，获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号。
45.在一些实施例中，所述获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号，还包括：
46.根据所述累计确认包中最大确认号确定接收端的接收数据量，并根据所述接收数据量调整拥塞窗口和流量窗口。
47.例如，最大确认号减1表示接收端接收并确认的数据数量，根据数据量计算拥塞窗口和流量窗口，当数据量大于当前的拥塞窗口大小(初始拥塞窗口大小，如1个mss，最大报文段长度)时，拥塞大小将翻倍(指数增加)，若当前的拥塞窗口大小达到一定阈值，进入拥塞避免阶段，拥塞窗口大小减半，并且其增长速率减慢，采用线性增长；流量窗口用于控制发送端连续发送的数据包数量，以提高网络传输效率，根据确认号计算流量窗口的方式主要基于滑动窗口协议，根据数据量与流量窗口判断是否调整流量窗口以控制发送数据的速率和数量，当数据量大于流量窗口时，减小流量窗口以减小发送数据的速率和数量，当数据量小于流量窗口时，增大流量窗口以增大发送数据的速率和数量，具体调整可自行设置。因此，通过调整拥塞窗口和流量窗口的大小可以实现拥塞控制和流量控制，优化网络性能，确保数据传输的高效性和可靠性。
48.s103，根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列。
49.本实施例中确认包中通常包含确认号，用于指示接收端期望接收的下一个数据包的序号。因此，确认号减1即代表前一数据包已成功接收。发送端根据确认包中的确认号来判断是否发生了数据包丢失。如果确认号小于发送端已发送的最大序号，则表示存在丢包情况。在存在丢包情况下，发送端会将丢失的数据包加入到待重传队列进行重传。因此，通过判断传输的数据是否在待重传队列中，可以及时剔除待重传队列中接收端已经接收到的之前被判定丢包的数据，或者发现数据丢失的情况，触发重传机制，提高数据的可靠性和完整性。此外，该判断还有助于优化网络性能，并进一步评估和改进网络的稳定性。
50.在一些实施例中，根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列，包括：将在所述待重传队列中的所述传输数据移出待重传队列。
51.例如，在触发快速重传机制时，待重传队列中的数据等待重发时，接收端接收到了之前没接收到的数据，将向发送端再次发送确认包，此时应及时将接收到的数据移出待重传队列，待重传队列存储了需要进行重传的数据，这些数据可能会占用一定的内存空间。将已经成功重传或者已不再需要重传的数据从队列中移出，可以释放占用的内存资源，以便其他数据或操作使用，而且待重传队列中的数据通常需要被周期性地重传，这会占用网络带宽以及发送端和接收端的处理能力。通过将已经重传的数据移出队列，可以减少冗余的重传操作，提高传输效率，加快数据的传输速度，然后待重传队列中的数据通常代表了数据传输中的问题，如丢包、延迟或其他网络问题。将这些问题数据从队列中移出，可以帮助发送端和接收端更好地处理正常的数据传输，减少对网络的负面影响，优化网络性能，因此，将传输数据移出待重传队列减少重传率，防止带宽的浪费。
52.s104，若否，则逐一分析后续的确认包确定是否丢包。
53.在一些实施例中，所述逐一分析后续的确认包确定是否丢包，包括：若连续三个确认包中没有对应的确定号，则确定丢包。
54.例如，发送端根据确认包中的确认号来判断是否发生了数据包丢失。如果确认号小于发送端已发送的最大序号，则表示存在丢包情况。通过在连续三个确认包中没有对应的确定号时确定丢包，可以触发重传机制，可以帮助发送方和接收方追踪和确认传输中的数据丢失情况，重传机制旨在解决网络中的数据丢失问题，通过重新发送丢失的数据包来确保数据的正确接收，因此，保证数据的完整性和可靠性，并提供关于网络质量的评估和改进的反馈。这些作用有助于提高数据传输的可靠性和网络性能。
55.s105，根据丢包情况计算可用发送窗口。
56.在一些实施例中，所述根据丢包情况计算可用发送窗口，包括：将确认丢包的对应的传输数据移入待重传队列；执行拥塞控制算法以减小最大发送窗口，包括：根据所述拥塞窗口减小最大发送窗口。
57.例如，在确认丢包情况下，及时将丢包数据移入待重传队列，以防止发送数据丢失，发送端根据新的拥塞窗口大小来更新最大发送窗口，使其不超过拥塞窗口的大小，发送端根据最大发送窗口的大小确定连续发送的数据量，并将发送窗口大小通知给接收端，接收端根据接收窗口的大小来确认或拒绝接收这些数据，如果最大发送窗口比接收窗口小，发送端需要将发送数据的速率调整至不超过最大发送窗口的大小，通过拥塞控制算法的减小拥塞窗口操作，最大发送窗口也会相应减小，这可以防止发送端过快地发送数据，进一步加剧网络拥塞。最终，拥塞窗口和最大发送窗口的调整能够使发送端的发送速率与网络的拥塞情况保持一致，实现更有效的拥塞控制和网络传输。因此，执行拥塞控制算法以减小最大发送窗口可以避免网络拥塞，控制数据传输速率，提高数据传输的可靠性，并增强网络的流量调控能力。这些作用有助于保持网络的稳定性和提高数据传输的效率。
58.在另一些实施例中，所述根据丢包情况计算可用发送窗口，还包括：根据未丢包的确认包，将所述流量窗口作为发送端的发送窗口继续发送数据。发送端将数据按照流量窗口的大小分批发送，直到所有数据发送完毕。因此，将流量窗口作为发送端的发送窗口继续发送数据可以最大化带宽利用，维持数据流的稳定性，支持流控机制，并动态适应网络状况
的变化。这些作用有助于提高数据传输的效率和可靠性。
59.上述实施例通过在tcp拥塞控制的快速重传触发时，其对是否丢包进行判断，因此在触发协议拥塞控制导致等待时，协议有概率可以接收到网络中被标记丢包的数据包到来，通过根据确认号判断传输数据是否在待重传队列对接收端已经接收到数据的进行直接确认，以防止再次将其进行重新发送，防止带宽的浪费，减小数据的重传率，同时通过确认发送数据是否丢包，及时进行重传并调整发送窗口，优化了带宽利用，实现了拥塞控制，从而提高数据传输的效率和性能。
60.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。
61.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。
62.图2示出了根据本公开实施例的基于tcp的拥塞控制装置的方框图，该装置包括：
63.接收模块201，用以接收接收端发送的确认包；
64.获取模块202，用以获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号；
65.判断模块203，用以根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列；
66.分析模块204，用以在判断所述传输数据不在待重传队列时，逐一分析后续的确认包以确定是否丢包；
67.计算模块205，用以根据丢包情况计算可用发送窗口。
68.上述实施例通过在tcp拥塞控制的快速重传触发时，其对是否丢包进行判断，因此在触发协议拥塞控制导致等待时，协议有概率可以接收到网络中被标记丢包的数据包到来，通过判断模块根据确认号判断传输数据是否在待重传队列对接收端已经接收到的数据进行直接确认，以防止再次将其进行重新发送，防止带宽的浪费，减小数据的重传率，同时通过确认发送数据是否丢包，及时进行重传并调整发送窗口，优化了带宽利用，实现了拥塞控制，从而提高数据传输的效率和性能。
69.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
70.本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取、存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
71.根据本公开实施例，本公开还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。
72.图3示出了可以用来实施本公开实施例的电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，例如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，例如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或要求的本公开的实现。
73.电子设备包括计算单元301，其可以根据存储在rom302中的计算机程序或者从存
储单元308加载到ram303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram303中，还可存储电子设备操作所需的各种程序和数据。计算单元301、rom302以及ram303通过总线304彼此相连。i/o接口505也连接至总线304。
74.电子设备中的多个部件连接至i/o接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许电子设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
75.计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如基于tcp的拥塞控制方法。例如，在一些实施例中，基于tcp的拥塞控制方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom302和/或通信单元309而被载入和/或安装到电子设备上。当计算机程序加载到ram303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的基于tcp的拥塞控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行基于tcp的拥塞控制方法。
76.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置和该至少一个输出装置。
77.用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
78.在本公开的上下文中，可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。可读存储介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备或上述内容的任何合适组合。
79.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机
具有：用于向用户显示信息的显示装置；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者触觉输入)来接收来自用户的输入。
80.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
81.计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
82.应该理解，可以使用上述各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行，也可以顺序地执行，也可以不同次序执行，只要能够实现本公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
83.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于tcp的拥塞控制方法，应用于发送端，其特征在于，包括：接收接收端发送的确认包；获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号；根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列；若否，则逐一分析后续的确认包以确定是否丢包；根据丢包情况计算可用发送窗口。2.根据权利要求1所述的方法，根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列，包括：将在所述待重传队列中的所述传输数据移出待重传队列。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逐一分析后续的确认包以确定是否丢包，包括：若连续三个确认包中没有对应的确认号，则确定丢包。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据丢包情况计算可用发送窗口，包括：将确认丢包的对应的传输数据移入待重传队列；执行拥塞控制算法以减小最大发送窗口。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号，还包括：根据所述累计确认包中的最大确认号确定接收端的接收数据量，并根据所述接收数据量调整拥塞窗口和流量窗口。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述执行拥塞控制算法以减小最大发送窗口，包括：根据所述拥塞窗口减小最大发送窗口。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据丢包情况计算可用发送窗口，还包括：根据未丢包的确认包，将所述流量窗口作为发送端的发送窗口继续发送数据。8.一种基于tcp的拥塞控制装置，其特征在于，包括：接收模块，用以接收接收端发送的确认包；获取模块，用以获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号；判断模块，用以根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列；分析模块，用以在判断所述传输数据不在待重传队列时，逐一分析后续的确认包以确定是否丢包；计算模块，用以根据丢包情况计算可用发送窗口。9.一种电子设备，包括：至少一个处理器；与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一权利要求所述的方法。
10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法。

技术总结
本公开实施例提供了一种基于TCP的拥塞控制方法。应用于网络通信技术领域，所述方法应用于发送端，包括：接收接收端发送的确认包；获取接收端进行累计确认发送的累计确认包的确认号；根据所述确认号判断传输数据是否在待重传队列；若否，则逐一分析后续的确认包以确定是否丢包；根据丢包情况计算可用发送窗口。以此方式，通过对接收端已经接收到的进行直接确认，以防止再次将其进行重新发送，可以减少重传包数量的发送并防止带宽的浪费。传包数量的发送并防止带宽的浪费。传包数量的发送并防止带宽的浪费。


技术研发人员：柳澳
受保护的技术使用者：乐视云网络技术（北京）有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/10/15