什么是 ECN（显式拥塞通知）？

ECN 代表显式拥塞通知算法。它不是像慢启动重启和 AIMD 那样的拥塞控制算法。这个算法只有一个责任通知发送者关于路由器拥塞的建立。因此，ECN 是一种拥塞通知或拥塞信令算法。它将拥塞通知发送方，以便可以采取相应的措施来避免这种情况。

ECN 是 RFC 3168 中定义的拥塞信令机制。它出现于 1999 年，并在 2001 年左右完成。它在 TCP 标头中使用两个位，在 IP 标头中使用两个位。它标记数据包，其中标记=在标头中翻转一点。

=> Assume that X is sending an envelope to a person Z who is two houses away from him. 
=> X passes the envelope to intermediary person Y. 
=> Y will see if he is getting congested or not. 
=> If Y is getting congested then he will mark the envelope with a cross mark with a pen 
on one corner of the envelope and will pass it to the next person. 
=> When Z receives the envelop, it observes the cross mark on the envelope 
corner and understands that one of the intermediary person is getting congested, 
=> Z will send an ACK to the sender X with the same 
mark on ACK envelop. By seeing mark X will know about congestion.

ECN 可与 AQM 算法一起使用。我们已经看到 AQM 算法会在链路拥塞时主动丢弃数据包。但是，如果不是“丢弃”数据包，而是可以“标记”它们，那就太好了。由于 ECN 不会丢弃数据包，因此可以避免重传。这就是 ECN 算法在今天非常流行的原因。因为目的只是让已知的发送者知道路由器正在拥塞，所以当我们可以使用 ECN 告诉发送者这一点时，为什么要为此丢弃数据包。丢弃数据包也不会立即告诉发送者有关拥塞的信息。这对于时间敏感的数据包非常重要，因为它们的流量非常低。

为了使用ECN机制；发送方、接收方和路由器“都”必须支持 ECN 功能。目前，ECN 已在所有操作系统中实现，例如手机、服务器、笔记本电脑，甚至在路由器等中间设备中。但默认情况下它是禁用的。原因不是 ECN 有问题，而是因为 ECN 与 AQM 算法一起部署。由于参数配置，AQM 并没有那么流行。

RFC 3168 推荐： ECN 不得应用于 TCP 控制数据包。作者强烈建议不要将 ECN 应用于控制数据包。控制数据包的示例有：SYN、SYN/ACK、ACK、FIN、RST、PSH、URG。所以只有数据包没有标记ECN。

TCP 标头中的 ECN 位：

2 位取自保留部分。现在保留 4 位，ECN 占用 2 位。这两位是 CWR 和 ECE。注意它们出现的顺序。我们不能改变这两个标志位的顺序。 CWR 位于左侧，ECE 位于右侧。

• CWR：拥塞窗口减少标志
• 欧洲经委会：欧洲经委会回声

因为这些是 2 位。有 4 种可能的组合。组合在这里称为代码点。

TCP 标头中的 ECN 代码点

S. No.	CWR	ECE	Codepoint	Sent From	To
1.	0	0	Non-ECN set up	any	any
2.	0	1	ECN Echo	Receiver	Sender
3.	1	0	Congestion window reduced	Sender	Receiver
4.	1	1	ECN Setup	Sender	Receiver

• [0 0] 是非 ECN 设置代码点。这可以从任何发送到任何。当这个代码点从 X->Y 共享时，X 告诉 Y 它不支持 ECN。
• [0 1] 是 ECN Echo 代码点。这是从接收方发送到发送方的。首先，当发送方告诉接收方他支持 ECN 时，接收方会告诉发送方自己是否支持 ECN。如果接收方支持 ECN，那么它将使用此代码点回复。当接收方告诉发送方拥塞时，也会使用此代码点。因此，此代码点有两种用途。
• [1 0] 是 CWR 代码点。这是从发送者发送到接收者的。该代码点用作从发送方发送到接收方的确认。发送者告诉接收者，当它知道拥塞时，他已经减小了它的拥塞窗口大小。
• [1 1] 是 ECN 设置代码点。这是从发送者发送到接收者的。该代码点由发送方发送给接收方，告知发送方支持 ECN。

ECN协商：

• 第 1 步：发送方使用 ECN 设置码点将 SYN 数据包发送到接收方。 ECN 设置意味着 CWR=1 和 ECE=1。发送者告诉接收者它支持 ECN。在通过 3 次握手建立 TCP 连接时，此信息始终在 SYN 数据包中传送。现在接收方必须向发送方回复其关于 ECN 的状态。
• 第 2 步：如果接收方支持 ECN，那么它将使用 ECN-Echo 代码点回显给发送方。 CWR=0 和 ECE=1，它通知发送方是的，接收方也启用了 ECN。假设如果接收方不支持 ECN，那么它将回复 CWR=0 和 ECE=0。这就是第 4 个代码点所指示的内容。这是非 ECN 设置，这意味着实体未启用 ECN。该代码点可以由发送方共享给接收方，反之亦然。
• 第 3 步：现在，发送方和接收方正在交换 ECN 信息。发送者现在可以像往常一样向接收者请求数据。

但是，如果发送方和接收方都支持 ECN 并且它必须标记数据包而不是丢弃它，该怎么办。路由器无法读取 TCP 头，它只能读取数据包的 IP 头。因此，IP 头中使用了 2 位来通知路由器有关 ECN 的信息。

IP 标头中的 ECN 位：

路由器是要运行 AQM 的，路由器是要标记数据包的。因此，路由器必须知道发送方和接收方已启用 ECN。由于路由器无法访问 TCP 标头，因此在 IP 标头中添加了 2 个新位。见第一行，IP 头中的第三个字段。为区分服务保留了 8 位。其中 2 位已用于 ECN 代码点。

第一个比特称为 ECT：ECN Capable Transport，第二个比特称为 CE：Congestion Experienced。同样会有四个代码点，但这些代码点将不同于用于发送方和接收方使用的 ECN 代码点。

IP 标头中的 ECN 代码点：

S. No.	ECT	CE	Codepoint	Sent From	To
1.	0	0	non-ECT	any	any
2.	0	1	ECT(1): ECN Capable Transport	sender	receiver
3.	1	0	ECT(0): ECN Capable Transport	sender	receiver
4.	1	1	CE: Congestion Experienced	router	receiver

• [0 0] 表示非 ECT。这意味着数据包不支持 ECN，因此没有必要标记此数据包。如果存在拥塞，则必须丢弃此数据包而不是对其进行标记。
• [0 1] 是 ECT(0) 代码点表示数据包支持 ECT。
• [1 0] 是 ECT(1) 代码点，这也意味着数据包启用了 ECT。如果一个数据包是 ECT(0) 或 (1)，那么这个数据包不会被路由器丢弃，而是会被标记。
• [1 1] 是 CE 代码点。当路由器拥塞并且数据包启用 ECT 时，路由器会将这个数据包标记为 CE。路由器将翻转 ECT 代码点的 0 位并使其成为 CE。它不会丢弃数据包，只是将其标记并传输给接收者。