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概述

        TCP 擁塞控制能夠提高網(wǎng)絡(luò)利用率，降低丟包率，并保證網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)每條數(shù)據(jù)流的公平性。擁塞控制主要有幾種：慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳 以及快速恢復(fù)。

        擁塞控制的最終受控變量是發(fā)送端向網(wǎng)絡(luò)一次連續(xù)寫入的數(shù)據(jù)量（即收到其中第一個(gè)數(shù)據(jù)的確認(rèn)應(yīng)答之前的所有數(shù)據(jù)），稱為發(fā)送窗口（send window，SWND）。但是發(fā)送端往往最終以 TCP 報(bào)文段來發(fā)送數(shù)據(jù)，所以 SWND 限定了發(fā)送端能夠連續(xù)發(fā)送 TCP 報(bào)文段的數(shù)量。發(fā)送端應(yīng)該合理的選擇 SWND 的大小，若該值太小，會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)延遲，若太大，則容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。前面中我們知道，接收端可通過其接收通告窗口（RWND）來控制發(fā)送端的 SWND 大小，但是發(fā)送端應(yīng)該引入一個(gè)擁塞窗口（Congestion Window，CWND）的狀態(tài)量。實(shí)際的 SWND 值就是 RWND 和 CWND 中的較小者。

慢啟動(dòng)

       為了防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，TCP 采用了一種慢啟動(dòng)算法，對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)量進(jìn)行控制。為了調(diào)節(jié)發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送量，引入了擁塞窗口，在慢啟動(dòng)時(shí)，將這個(gè)擁塞窗口設(shè)為 1 個(gè)報(bào)文段發(fā)送數(shù)據(jù)，之后每收到一次確認(rèn)應(yīng)答，擁塞窗口的值就加 1 個(gè)報(bào)文段。在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，將擁塞窗口的大小與接收端主機(jī)通知的窗口大小進(jìn)行比較，然后選擇較小的值來控制數(shù)據(jù)量的發(fā)送。擁塞窗口是發(fā)送端使用的流量控制，而通告窗口則是接收端使用的流量控制。

       慢啟動(dòng)算法步驟如下（cwnd全稱Congestion Window）：

1. 初始化 cwnd = 1，表示可以傳一個(gè) MSS 大小的數(shù)據(jù)；
2. 每當(dāng)收到一個(gè) ACK，cwnd++，即增加1，呈線性上升；
3. 每當(dāng)過了一個(gè) RTT，cwnd = cwnd*2，呈指數(shù)讓升；
4.  ssthresh（slow start threshold），是一個(gè)上限，當(dāng) cwnd >= ssthresh 時(shí)，就會(huì)進(jìn)入“擁塞避免算法”（后面會(huì)說這個(gè)算法）；

擁塞避免

       擁塞避免算法是讓擁塞窗口緩慢地增大，收到每一輪的確認(rèn)后，將擁塞窗口的值加1，而不是加倍，這樣擁塞窗口的值按照線性規(guī)律緩慢增長。在慢啟動(dòng)中，當(dāng)cwnd >= ssthresh時(shí)，就會(huì)進(jìn)入“擁塞避免算法”。一般來說ssthresh的值是65535，單位是字節(jié)，當(dāng)cwnd達(dá)到這個(gè)值時(shí)后，算法如下：

1. 收到一個(gè) ACK 時(shí)，cwnd = cwnd + 1/cwnd；
2. 當(dāng)每過一個(gè)RTT時(shí)，cwnd = cwnd + 1；

快速重傳與快速恢復(fù)

        快重傳算法首先要求接收方每收到一個(gè)失序的報(bào)文段后就立即發(fā)出重復(fù)確認(rèn)（重復(fù)發(fā)送對(duì)前面有序部分的確認(rèn)），而不是等待自己發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才進(jìn)行捎帶確認(rèn)，也不是累積收到的報(bào)文發(fā)送累積確認(rèn)，如果發(fā)送方連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)，就應(yīng)該立即重傳對(duì)方未收到的報(bào)文段（有收到重復(fù)確認(rèn)，說明后面的報(bào)文段都送達(dá)了，只有中間丟失的報(bào)文段沒送達(dá)）。

         快恢復(fù)算法與快重傳算法配合使用：

1. 當(dāng)發(fā)送方連續(xù)收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)時(shí)，就把慢啟動(dòng)門限 ssthresh 設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口 cwnd 的一半。重傳丟失的報(bào)文段。設(shè)置 cwnd 為 ssthresh 加上3倍的報(bào)文段大??；
2. 每次收到另一個(gè)重復(fù)的 ACK 時(shí)，cwnd 增加 1 個(gè)報(bào)文段大小并發(fā)送 1 個(gè)分組；
3. 當(dāng)下一個(gè)確認(rèn)新數(shù)據(jù)的 ACK 達(dá)到時(shí)，設(shè)置 cwnd 為 ssthresh（跟第 1 步一樣設(shè)置方法）。這個(gè) ACK 應(yīng)該是在進(jìn)行重傳之后的一個(gè)往返時(shí)間內(nèi)對(duì)步驟 1 中重傳的確認(rèn)。另外，這個(gè) ACK 也應(yīng)該是對(duì)丟失的分組和收到的第一個(gè)重復(fù)的 ACK 之間的所以中間報(bào)文段的確認(rèn)。這一步采用的是擁塞避免算法。

參考資料：

《TC/IP 詳解》

《TCP 的擁塞控制機(jī)制》