3.7 - TCP Congestion Control | FHU - Computer Networks

Summary

Este video explica el control de congestión en TCP, cubriendo cómo TCP percibe la congestión a través de los ACKs, limita la tasa de envío con la ventana de congestión (cwnd), y ajusta la tasa de envío mediante los algoritmos de aumento aditivo y disminución multiplicativa (AIMD). TCP emplea modos como el 'Slow Start', que aumenta rápidamente la ventana de congestión, y el 'Congestion Avoidance', que incrementa la ventana de forma lineal para evitar sobrecargar la red. En situaciones de pérdida, TCP ajusta su tasa de envío mediante reducciones drásticas o moderadas, dependiendo del tipo de pérdida detectada.

Takeaways

• 😀 TCP percibe la congestión a través de un mecanismo de retroalimentación implícita, basado en la recepción o pérdida de paquetes.
• 😀 El tamaño de la ventana de congestión (`cwnd`) controla la tasa de envío de TCP, limitando la cantidad de datos no confirmados que se pueden enviar.
• 😀 TCP ajusta su tasa de envío de acuerdo con los eventos de éxito (confirmaciones de paquetes) y de fallo (pérdidas de paquetes).
• 😀 El algoritmo principal de control de congestión de TCP es AIMD (Aumento Aditivo, Disminución Multiplicativa), aumentando la ventana de congestión de forma aditiva y reduciéndola de forma multiplicativa en caso de pérdida.
• 😀 En el modo **Slow Start**, TCP aumenta exponencialmente la ventana de congestión, duplicando su tamaño hasta alcanzar un umbral (umbral de inicio lento).
• 😀 Una vez alcanzado el umbral, TCP cambia al modo de **Evitar Congestión**, donde la ventana de congestión crece de forma lineal.
• 😀 El **Fast Recovery** es un modo intermedio que se activa cuando se reciben tres ACK duplicados, lo que indica pérdida de paquetes. En este caso, la ventana de congestión se reduce a la mitad y luego se aumenta de manera conservadora.
• 😀 En caso de un **timeout**, que indica congestión severa, la ventana de congestión se reduce drásticamente a 1 MSS y TCP vuelve al modo de **Slow Start**.
• 😀 Cuando se reciben tres ACK duplicados, se activa el modo **Fast Recovery** y la ventana de congestión se ajusta a la mitad, con un aumento lineal posterior.
• 😀 La principal finalidad del control de congestión de TCP es evitar congestionar la red mientras se maximiza la velocidad de transmisión sin exceder la capacidad de la red.
• 😀 El control de congestión de TCP sigue un patrón de aumento y disminución, conocido como patrón **sawtooth**, donde la tasa de envío sube hasta un evento de pérdida y luego baja para adaptarse al estado de la red.

Q & A

¿Cómo percibe TCP la congestión en la red?

TCP percibe la congestión mediante un mecanismo de retroalimentación implícita. Es decir, no se envían paquetes especiales para indicar congestión, sino que TCP observa los paquetes enviados y las confirmaciones (ACKs). Si no se recibe una confirmación, esto podría indicar pérdida de paquetes, lo que sugiere congestión.

¿Qué sucede cuando TCP no recibe una confirmación (ACK) de un paquete?

Cuando TCP no recibe una confirmación, interpreta que puede haber una pérdida de paquete, lo que podría estar relacionado con congestión en la red. En este caso, TCP reduce su tasa de envío para evitar sobrecargar aún más la red.

¿Cómo limita TCP la tasa de envío?

TCP limita la tasa de envío ajustando el tamaño de la ventana de congestión (cwnd). Este tamaño de ventana se establece como el mínimo entre la ventana de recepción y la ventana de congestión, limitando así la cantidad de bytes no confirmados que pueden estar en la red.

¿Cuál es la diferencia entre la ventana de congestión (cwnd) y la ventana de recepción (rwnd)?

La ventana de congestión (cwnd) está relacionada con la capacidad de la red, mientras que la ventana de recepción (rwnd) está relacionada con la cantidad de espacio disponible en el búfer del receptor. TCP utiliza el valor más pequeño de ambas para limitar la cantidad de datos que pueden enviarse.

¿Cómo cambia la tasa de envío en TCP según los eventos de éxito y pérdida?

En TCP, cuando se recibe una confirmación (evento de éxito), la ventana de congestión aumenta, lo que permite que se envíen más datos. Si ocurre una pérdida de paquete, como resultado de un evento de congestión, la ventana de congestión se reduce para evitar sobrecargar la red.

¿Qué es el algoritmo AIMD (Aumento Aditivo y Disminución Multiplicativa)?

AIMD es el algoritmo básico de TCP para controlar la tasa de envío. Cuando TCP recibe una confirmación, aumenta la ventana de congestión de forma aditiva (se incrementa en una unidad por cada RTT). Si ocurre una pérdida de paquete, reduce la ventana de congestión de forma multiplicativa (la reduce a la mitad).

¿Cómo funciona el modo de 'inicio lento' (Slow Start) en TCP?

En el modo de 'inicio lento', la ventana de congestión comienza con un valor muy pequeño (1 MSS) y se duplica exponencialmente con cada confirmación exitosa recibida. Este proceso continúa hasta que se alcanza un umbral llamado 'slow start threshold', después del cual TCP cambia al modo de 'evitación de congestión'.

¿Qué ocurre cuando TCP alcanza el umbral de 'slow start threshold'?

Cuando TCP alcanza el umbral de 'slow start threshold', cambia al modo de 'evitación de congestión'. En este modo, la ventana de congestión crece de manera más conservadora, aumentando linealmente por un MSS por cada RTT, en lugar de duplicarse exponencialmente.

¿Qué ocurre si TCP experimenta un tiempo de espera (timeout)?

Si ocurre un tiempo de espera, significa que el paquete no fue confirmado a tiempo. En este caso, TCP reduce drásticamente la ventana de congestión a 1 MSS y vuelve al modo de 'inicio lento', comenzando nuevamente con un crecimiento exponencial de la ventana.

¿Qué es el modo de 'recuperación rápida' (Fast Recovery) en TCP?

El modo de 'recuperación rápida' se activa cuando TCP recibe tres ACKs duplicados, lo que indica una pérdida parcial de paquetes. En este modo, TCP reduce la ventana de congestión a la mitad en lugar de reiniciarla a 1 MSS, y luego aumenta la ventana de forma lineal, buscando recuperar la transmisión sin volver al modo de 'inicio lento'.