TCP拥塞控制

TCP 拥塞控制详解

TCP 拥塞控制的核心目标是避免网络因数据量过大而陷入拥塞状态，确保整个网络的传输效率。它与流量控制的区别在于：流量控制关注点对点的速率匹配（如 sender 与 receiver 之间），而拥塞控制则从全局视角出发，考虑整个网络的负载情况。

TCP 拥塞控制主要通过以下算法协同实现：

1. 慢启动算法（Slow Start）

• 核心思想：发送方刚建立连接时，对网络状况一无所知，因此从极小的发送速率开始，逐步增加数据量，避免突然发送大量数据导致网络拥塞。
• 具体机制：
  • 引入拥塞窗口（cwnd，Congestion Window） 变量，控制发送方在未收到确认前最多能发送的字节数。
  • 初始时，cwnd 取值较小（通常为 1~2 个 MSS，MSS 为最大报文段长度）。
  • 每收到一个对新报文段的确认（ACK），cwnd 就加倍（指数增长）。例如：cwnd=1 → 收到 ACK 后→ cwnd=2 → 再收到 ACK→ cwnd=4，以此类推。
  • 当 cwnd 增长到慢启动阈值（ssthresh，Slow Start Threshold） 时，慢启动阶段结束，进入拥塞避免阶段。

2. 拥塞避免算法（Congestion Avoidance）

• 核心思想：当网络接近拥塞阈值时，不再快速增加发送量，而是缓慢增长，试探性地提升速率，避免触发拥塞。
• 具体机制：
  • 当 cwnd ≥ ssthresh 时，进入拥塞避免阶段。
  • 此时，每收到一个 ACK，cwnd 不再加倍，而是加 1 个 MSS（线性增长）。例如：cwnd=10 → 收到 ACK 后→ cwnd=11，逐步提升。
  • 该阶段持续到网络出现拥塞（如超时未收到 ACK），此时触发拥塞处理机制。

3. 拥塞发生后的处理：快重传与快恢复

当网络出现拥塞（如报文段丢失）时，TCP 会调整策略以快速恢复：

• 快重传（Fast Retransmit）：
  • 若接收方收到失序的报文段（如预期收到 M3，却先收到 M4），会立即发送对已收到的最后一个有序报文段的重复 ACK（如重复确认 M2）。
  • 若发送方连续收到3 个重复 ACK，则判断对应报文段（如 M3）已丢失，无需等待超时，立即重传该报文段，避免因超时导致的拥塞窗口骤降。
• 快恢复（Fast Recovery）：
  • 配合快重传使用，当触发快重传时，发送方认为网络并未严重拥塞（只是个别报文丢失），因此不执行慢启动，而是：
    1. 将 ssthresh 设为当前 cwnd 的一半（ssthresh = cwnd / 2）；
    2. 将 cwnd 设为 ssthresh 的值（或 ssthresh + 3 ，补偿 3 个重复 ACK 已确认的报文）；
    3. 之后进入拥塞避免阶段，cwnd 线性增长。