TCP 혼잡 제어(TCP congestion control)는 TCP 송신 측이 네트워크의 혼잡에 맞춰 네트워크로 내보내는 데이터의 양을 조절하는 방법이다.[1][2] RFC 5681은 slow start, congestion avoidance, fast retransmit, fast recovery 네 알고리즘을 정한다.[1]
혼잡 제어가 없으면 송신 측이 아직 전달 중이거나 이미 도착한 패킷까지 불필요하게 다시 보내느라, 부하가 늘수록 네트워크가 해내는 쓸모 있는 일이 오히려 줄어드는 혼잡 붕괴(congestion collapse)가 일어날 수 있다. 이때 처리량은 평소의 작은 일부로 떨어진다.[2][3]
혼잡 윈도
송신 측이 확인 응답을 받지 않고 보낼 수 있는 양에 스스로 두는 한도를 혼잡 윈도(cwnd, congestion window)라 한다. 송신 측은 보내는 양을 수신 윈도(rwnd)와 cwnd 가운데 작은 쪽으로 제한한다.[1] 수신 윈도는 수신 측이 TCP 헤더의 Window 필드로 알린 값이다.[1][3]
송신 측은 slow start 임계값(ssthresh)을 함께 유지한다. 이면 slow start를, 이면 congestion avoidance를 쓴다. RFC 5681은 초기 cwnd의 상한을 SMSS(Sender Maximum Segment Size)에 따라 2~4세그먼트로 정하고, 초기 ssthresh는 임의로 크게 두도록 권한다.[1]
Slow start와 congestion avoidance
slow start에서는 새 데이터를 확인하는 확인 응답을 받을 때마다 cwnd를 최대 SMSS만큼 늘린다.[1] 그래서 cwnd는 왕복 시간마다 많아야 두 배로 커진다.[4]
congestion avoidance에서는 cwnd를 왕복 시간마다 약 SMSS 하나만큼 늘린다.[1]
재전송 타이머로 손실을 알아채면, 보냈지만 확인받지 못한 데이터 양 FlightSize에 대해 ssthresh를 아래 식을 만족하도록 낮춘다.[1]
cwnd는 1세그먼트 이하로 줄여 slow start부터 다시 한다.[1]
Fast retransmit와 fast recovery
이 RFC는 보낸 뒤 확인받지 못한 데이터가 있고, 들어온 확인 응답이 데이터를 싣지 않고 SYN과 FIN이 꺼져 있으며, 확인 응답 번호가 그 연결에서 받은 가장 큰 확인 응답 번호와 같고, 광고한 윈도가 직전과 같을 때 이를 중복 확인 응답(duplicate acknowledgment)으로 정의한다. 수신 측은 순서가 어긋난 세그먼트를 받으면 곧바로 중복 확인 응답을 보내도록 권고된다. 송신 측은 중복 확인 응답을 세 번 받으면 재전송 타이머를 기다리지 않고 빠진 것으로 보이는 세그먼트를 다시 보낸다. 이것이 fast retransmit이다.[1]
fast retransmit 뒤에는 fast recovery로 들어간다. ssthresh를 재전송 타이머 때와 같은 식으로 낮추고, 로 둔다. 중복 확인 응답이 더 올 때마다 cwnd를 SMSS만큼 늘린다. 새 데이터를 확인하는 확인 응답이 오면 cwnd를 ssthresh로 되돌린다. 이때처럼 cwnd와 ssthresh가 같으면 송신 측은 slow start와 congestion avoidance 가운데 어느 쪽을 써도 된다.[1]
중복 확인 응답이 온다는 것은 뒤의 세그먼트가 수신 측에 닿고 있다는 뜻이므로, 이때는 slow start로 돌아가지 않는다.[1]
AIMD
손실이 없으면 cwnd를 왕복 시간마다 많아야 한 패킷씩 더해 늘리고, 손실이 나면 절반으로 줄이는 TCP의 방식을 AIMD(Additive Increase Multiplicative Decrease)라 부른다.[2]
RFC 5681의 알고리즘은 패킷 손실을 혼잡의 신호로 본다.[1]
RFC 9438은 cwnd를 3차 함수로 늘리는 CUBIC을 정한다.[5]