কনজেশন কন্ট্রোল — স্লো স্টার্ট ও AIMD

১ · কনজেশন কন্ট্রোল বনাম ফ্লো কন্ট্রোল

L26-এ আমরা দেখেছি ফ্লো কন্ট্রোল কীভাবে একটি দ্রুত সেন্ডারকে একটি ধীর রিসিভারকে ওভারলোড করা থেকে ঠেকায় — এটি সম্পূর্ণভাবে রিসিভারের বাফার ক্যাপাসিটি নিয়ে চিন্তা করে। কিন্তু রিসিভার দ্রুত হলেও, সেন্ডার ও রিসিভারের মাঝখানের নেটওয়ার্ক পাথNetwork Pathসেন্ডার থেকে রিসিভার পর্যন্ত রাউটার ও লিংকের সমষ্টি, যাদের প্রত্যেকের নিজস্ব সীমিত ক্যাপাসিটি (ব্যান্ডউইথ, বাফার) আছে। — অর্থাৎ রাউটার ও লিংকগুলো — নিজেই ওভারলোড হয়ে যেতে পারে। এই দ্বিতীয় সমস্যাটিই কনজেশন কন্ট্রোলCongestion ControlTCP সেন্ডারের এমন একটি মেকানিজম যা নিজের পাঠানোর হার নেটওয়ার্কের প্রকৃত ক্ষমতার সাথে মানিয়ে নেয়, যাতে সেন্ডার-রিসিভারের মাঝের রাউটার/লিংক ওভারলোড না হয়। সমাধান করে।

২ · Congestion window (cwnd) ও ssthresh

cwnd হলো সেন্ডারের নিজের উপর আরোপ করা একটি সীমা — নেটওয়ার্ক পরিস্থিতির উপর ভিত্তি করে সে কতটুকু ডেটা "in-flight" (পাঠানো হয়েছে কিন্তু এখনও ACK আসেনি) রাখতে পারবে। TCP-র কাছে নেটওয়ার্কের ভেতরের অবস্থা সরাসরি দেখার কোনো উপায় নেই — তাই এটি একটি সহজ কিন্তু কার্যকর সংকেত ব্যবহার করে — প্যাকেট লসPacket Loss as Congestion SignalTCP ধরে নেয় প্যাকেট লস (টাইমআউট বা ডুপ্লিকেট ACK) মানে নেটওয়ার্ক কোথাও ওভারলোড, তাই সেন্ডারের উচিত পাঠানোর হার কমানো — এটি একটি অনুমান, বিট-এরর থেকেও লস হতে পারে, কিন্তু বাস্তবে বেশিরভাগ ক্ষেত্রে এই অনুমান কাজ করে। মানে কোথাও কনজেশন হয়েছে। ssthresh (slow-start threshold) হলো সেই cwnd-এর মান, যেখানে পৌঁছালে সেন্ডার এক্সপোনেনশিয়াল বৃদ্ধি (স্লো স্টার্ট) বন্ধ করে সতর্ক, লিনিয়ার বৃদ্ধির (AIMD) দিকে চলে যায়।

৩ · স্লো স্টার্ট — এক্সপোনেনশিয়াল বৃদ্ধি

নামে "স্লো" হলেও, স্লো স্টার্ট আসলে দ্রুততম বৃদ্ধির ধাপ — এটি "স্লো" নামে পরিচিত কারণ এটি cwnd=1 থেকে শুরু করে (আগের সরলীকৃত অ্যালগরিদমের তুলনায় সতর্কভাবে), কিন্তু প্রতিটি সফল RTT-তে cwnd দ্বিগুণ করে —

১ → ২ → ৪ → ৮ → ১৬ → ৩২ → ...

এই এক্সপোনেনশিয়াল বৃদ্ধি চলতে থাকে যতক্ষণ না cwnd ssthresh-এ পৌঁছায় (এরপর AIMD শুরু হয়) অথবা একটি প্যাকেট লস ঘটে (তখনই তাৎক্ষণিকভাবে মাল্টিপ্লিকেটিভ ডিক্রিজ ঘটে, নিচে দেখুন)। এত দ্রুত বৃদ্ধির কারণ — একটি নতুন কানেকশনের জন্য নেটওয়ার্কের প্রকৃত ক্যাপাসিটি খুঁজে বের করতে বেশি সময় নষ্ট না করা।

৪ · AIMD — Additive Increase, Multiplicative Decrease

একবার cwnd ssthresh-এ পৌঁছালে, সেন্ডার কনজেশন এভয়ডেন্স ধাপে ঢোকে, যেখানে AIMD নিয়ম প্রযোজ্য হয় —

• Additive Increase — প্রতি RTT-তে cwnd মাত্র +১ সেগমেন্ট বাড়ে (সতর্ক, লিনিয়ার বৃদ্ধি — আরও ব্যান্ডউইথ আছে কি না তা ধীরে ধীরে "প্রোব" করা)।
• Multiplicative Decrease — একটি লস শনাক্ত হলে, cwnd তাৎক্ষণিকভাবে অর্ধেক করে দেওয়া হয় (আক্রমণাত্মক ব্যাকঅফ — কনজেশন আরও খারাপ হওয়ার আগেই দ্রুত সরে আসা)।

বৃদ্ধি ধীর কিন্তু হ্রাস আকস্মিক — এই ইচ্ছাকৃত অসামঞ্জস্যতাই cwnd-কে একটি "করাত-দাঁত" (sawtooth) প্যাটার্নে চালায়: ধীরে ধীরে উপরে ওঠা, লসে হঠাৎ নিচে পড়া, আবার ধীরে ধীরে ওঠা। এই আচরণ ইচ্ছাকৃতভাবে ডিজাইন করা — যখন অনেকগুলো TCP ফ্লো একই বটলনেক লিংক শেয়ার করে, তখন এই নিয়ম সবাইকে মোটামুটি ন্যায্য অংশ পেতে সাহায্য করে।

# TCP কনজেশন কন্ট্রোলের সিমুলেশন — স্লো স্টার্ট + AIMD + মাল্টিপ্লিকেটিভ ডিক্রিজ
cwnd = 1            # শুরুতে ১ সেগমেন্ট
ssthresh = 16        # স্লো স্টার্ট থামার থ্রেশহোল্ড
loss_at_rtt = 9      # এই RTT-তে একটি প্যাকেট লস সিমুলেট করা হবে
total_rtts = 12

phase = "স্লো স্টার্ট"
history = [(0, cwnd, phase)]

for rtt in range(1, total_rtts + 1):
    if rtt == loss_at_rtt:
        cwnd = cwnd // 2               # মাল্টিপ্লিকেটিভ ডিক্রিজ — তাৎক্ষণিক অর্ধেক
        ssthresh = cwnd                # নতুন ssthresh = লসের সময়ের cwnd-এর অর্ধেক
        phase = "AIMD (লসের পর)"
    elif phase == "স্লো স্টার্ট":
        cwnd = cwnd * 2                # এক্সপোনেনশিয়াল বৃদ্ধি — প্রতি RTT-তে দ্বিগুণ
        if cwnd >= ssthresh:
            phase = "AIMD (কনজেশন এভয়ডেন্স)"
    else:
        cwnd = cwnd + 1                # অ্যাডিটিভ ইনক্রিজ — প্রতি RTT-তে +১

    history.append((rtt, cwnd, phase))

print(f"{'RTT':>4} | {'cwnd':>5} | ফেজ")
print("-" * 36)
for rtt, c, p in history:
    print(f"{rtt:>4} | {c:>5} | {p}")

print("\nলসের ঠিক আগে cwnd:", history[loss_at_rtt - 1][1])
print("লসের ঠিক পরে cwnd (অর্ধেক):", history[loss_at_rtt][1])
assert history[loss_at_rtt][1] == history[loss_at_rtt - 1][1] // 2
print("মাল্টিপ্লিকেটিভ ডিক্রিজ ঠিক অর্ধেক করেছে?", True)