Эвристический метод реализации этой идеи называется быстрым восстановлением (fast recovery). Это временный режим, направленный на поддержание учета скорости прихода подтверждений в тот момент, когда порогом медленного старта становится текущий размер окна или его половина (во время быстрой повторной передачи). Для этого дубликаты подтверждений (включая те три, которые инициировали быструю повторную передачу) подсчитываются до тех пор, пока число пакетов в сети не снизится до нового порогового значения. На это уходит примерно половина RTT. С этого момента на каждый полученный дубликат подтверждения отправитель может передавать в сеть новый пакет. Через один RTT после быстрой повторной передачи получение потерянного пакета подтвердится. В это время поток дубликатов подтверждений прекратится, и алгоритм выйдет из режима быстрого восстановления. Окно перегрузки будет равняться новому порогу медленного старта и начнет увеличиваться линейно.

Этот метод позволяет TCP избегать медленного старта в большинстве ситуаций, за исключением случаев установления нового соединения и возникновения тайм-аутов. Последнее может произойти, если теряется больше одного пакета, а быстрая повторная передача не помогает. Вместо повтора медленного старта окно перегрузки активного соединения перемещается по пилообразным (sawtooth) линиям аддитивного увеличения (на один сегмент за RTT) и мультипликативного уменьшения (в полтора раза за RTT). Это и есть правило AIMD, которое мы с самого начала хотели реализовать.

Такое пилообразное движение показано на илл. 6.47. Данный метод используется в протоколе TCP Reno, названном в честь выпущенного в 1990 году дистрибутива 4.3BSD Reno. По сути, это TCP Tahoe с быстрым восстановлением. После начального медленного старта окно перегрузки растет линейно, пока отправитель не обнаружит потерю пакета, получив нужное количество дубликатов подтверждения. Потерянный пакет передается повторно, и далее алгоритм работает в режиме быстрого восстановления. Этот режим дает возможность продолжать учет скорости прихода подтверждений, пока не придет подтверждение доставки повторно переданного пакета. После этого окно перегрузки принимает значение, равное новому порогу медленного старта, а не единице. Это продолжается неопределенно долго. Почти все время размер окна перегрузки близок к оптимальному значению произведения пропускной способности и времени задержки.

Механизмы выбора размера окна, использующиеся в TCP Reno, составляли основу контроля перегрузки в TCP более двух десятилетий. За это время они претерпели ряд незначительных изменений, например появились новые способы

Илл. 6.47. Быстрое восстановление и пилообразный график TCP Reno

выбора начального окна, были устранены различные примеры неоднозначности. Усовершенствования коснулись и механизмов восстановления после потери двух или более пакетов. Так, версия TCP NewReno использует номера частичных подтверждений, полученных после повторной передачи одного потерянного пакета для восстановления другого (Хо; Hoe, 1996) (см. RFC 3782). С середины 1990-х годов стали появляться варианты описанного выше алгоритма, основанные на других законах управления. К примеру, в системе Linux используется CUBIC TCP (Ха и др.; Ha et al., 2008), а в Windows — Compound TCP (Тань и др.; Tan et al., 2006).

Два более серьезных нововведения касаются реализаций TCP. Во-первых, сложность TCP состоит в том, что по потоку дубликатов подтверждений нужно определить, какие пакеты были потеряны, а какие — нет. Номер накопительного подтверждения не содержит такой информации. Простым решением стало применение выборочных подтверждений SACK, в которых может содержаться до трех диапазонов успешно полученных байтов. Эти сведения позволяют отправителю более точно определять, какие пакеты следует передавать повторно, а также следить за еще не доставленными пакетами.

При установлении соединения отправитель и получатель передают друг другу параметр SACK permitted, сообщая о возможности работы с выборочными подтверждениями. Когда SACK включены, обмен данными происходит, как показано на илл. 6.48. Получатель использует поле Acknowledgement number обычным способом — как накопительное подтверждение последнего по порядку байта, который был принят. Когда пакет 3 приходит вне очереди (так как пакет 2 потерян), получатель отправляет SACK option для полученных данных вместе с накопительным подтверждением (дубликатом) для пакета 1. SACK option содержит диапазоны байтов, которые были получены сверх числа, заданного накопительным подтверждением. Первый из них — пакет, к которому относится дубликат подтверждения. Следующие диапазоны, если они есть, относятся к последующим блокам. Обычно применяется не более трех диапазонов. К моменту прихода пакета 6 были использованы два байтовых диапазона, указывающих на получение пакета 6, а также 3 и 4 (в дополнение к тем, которые пришли до пакета 1). Учитывая все принятые SACK option, отправитель решает, какие пакеты передать заново. В данном случае неплохо было бы повторить пакеты 2 и 5.

Илл. 6.48. Выборочные подтверждения

SACK содержат рекомендательную информацию. Фактическое обнаружение потерь пакетов по дубликатам подтверждений и изменение окна перегрузки происходят так же, как и раньше. Тем не менее SACK упрощают процесс восстановления TCP в ситуациях, когда несколько пакетов теряются примерно в одно и то же время, поскольку TCP-отправитель знает, какие пакеты не дошли до адресата. Сегодня SACK широко распространены. Они описаны в RFC 2883, а контроль управления TCP с использованием SACK — в RFC 3517.

Второе изменение заключается в использовании явных уведомлений о перегрузке ECN в качестве дополнительного сигнала помимо потери пакета. ECN — это механизм IP-уровня, позволяющий сообщать хостам о перегрузке (см. раздел 5.3.2). С их помощью TCP-получатель принимает сигналы перегрузки от IP.

ECN включены для TCP-соединения, если при его установлении отправитель и получатель сообщили друг другу, что они поддерживают такие уведомления, — с помощью битов ECE и CWR. В заголовке каждого пакета с TCP-сегментом указывается, что этот пакет может передавать ECN. При угрозе перегрузки маршрутизаторы с поддержкой ECN помещают соответствующие сигналы в подходящие для этого пакеты, вместо того чтобы удалять эти пакеты, когда перегрузка действительно происходит.