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Albert Yang2025-08-20
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拥塞控制 ​

流量控制是避免数据填满发送方的缓冲区。

而拥塞控制是避免发送方的数据填满整个网络。

在网络拥堵时，如果继续发送大量数据包，可能会导致数据包时延、丢包等。这个时候就会重传数据，但是一旦重传就会导致网络负担变得更重。于是会导致更大的延迟以及更多的丢包。

在⽹络出现拥堵时，如果继续发送⼤量数据包，可能会导致数据包时延、丢失等，这时 TCP 就会重传数据，但是⼀重传就会导致⽹络的负担更重，于是会导致更⼤的延迟以及更多的丢包，这个情况就会进⼊恶性循环被不断地放⼤….

所以，TCP 不能忽略整个网络中发⽣的事，它被设计成⼀个⽆私的协议，当⽹络发送拥塞时，TCP 会⾃我牺牲，降低发送的数据流。

拥塞窗口 ​

拥塞窗⼝ cwnd是发送⽅维护的⼀个的状态变量，它会根据⽹络的拥塞程度动态变化的。

发送窗⼝ swnd 和接收窗⼝ rwnd 是约等于的关系，那么由于加⼊了拥塞窗⼝的概念后，此时发送窗⼝的值是 swnd = min(cwnd, rwnd)，也就是拥塞窗⼝和接收窗⼝中的最⼩值。

拥塞窗⼝ cwnd 变化的规则：

  • 只要⽹络中没有出现拥塞， cwnd 就会增⼤；
  • 但⽹络中出现了拥塞， cwnd 就减少；

拥塞控制算法 ​

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慢启动 ​

TCP建立连接之后，一开始不要发送大量数据。先探测一下网络的拥塞程度。然后逐渐增大拥塞窗口的大小。

  • 如果没有发生丢包，每收到一个ACK，将拥塞窗口 cwnd 大小加1。
  • 每轮次发送窗口增加一倍，呈指数增长。如果出现丢包，拥塞窗口就减半，进入拥塞避免阶段。

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发包的个数呈指数级增强。

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为了防止拥塞窗口无限增长，还需要设置一个慢启动阀值 ssthresh（slow start threshold）状态变量。

当到达该阈值后，即 cwnd >ssthresh 时，进入了拥塞避免算法。

拥塞避免 ​

一般来说，慢启动阀值 ssthresh 是 65535 字节，cwnd到达慢启动阀值后

  • 每收到一个 ACK 时，cwnd = cwnd + 1/cwnd
  • 当每过一个 RTT 时，cwnd = cwnd + 1

显然这是一个线性上升的算法，避免过快导致网络拥塞问题。

由指数级增长变为线性增长。

假设 ssthresh = 8 ，没收到一个ACK，增加1/8，收到8个ACK之后，cwnd+1。

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拥塞发生 ​

如果网络拥塞发生丢包时，会有两种情况：

  • RTO超时重传
  • 快速重传

RTO超时重传 ​

如果发生RTO超时重传，会使用拥塞发生算法。

  • 慢启动阈值 sshthresh = cwnd
  • 重置cwnd=1
  • 开始新一轮的慢启动过程

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快速重传 ​

发送方如果因为网络问题接收到3个连续重复的ACK时，就会触发快速重传。不必等待超时。

发⽣快速重传的拥塞发⽣算法：

  • 拥塞窗口大小 cwnd = cwnd / 2
  • 慢启动阀值 ssthresh = cwnd
  • 进入快速恢复算法

调整拥塞窗口为一半，然后进入快速恢复算法。

快速恢复 ​

快速重传一般和快速恢复同时使用。

快速恢复算法认为，还有三个重复ACK收到，说明网络也没有那么糟糕。不需要像RTO超时重传一样直接进入慢启动阶段。

  • cwnd = sshthresh + 3（窗口扩大3个）
  • 重传重复的那几个 ACK（即丢失的那几个数据包）
  • 如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd = cwnd +1
  • 如果收到新数据的 ACK 后, cwnd = sshthresh。因为收到新数据的 ACK，表明恢复过程已经结束，可以再次进入了拥塞避免的算法了。

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避免直接进入慢启动阶段。