TCP拥塞控制

什么是网络拥塞？

当网络中的数据流量超过链路或路由器的处理能力时，就会发生：

• 路由器缓存溢出 -> 丢包
• 排队延迟增加 -> 高延迟
• 重传加剧
  TCP拥塞控制的目标就是：在不引起网络拥塞的的前提下，尽可能高效的利用带宽

TCP如何感知拥塞？

TCP无法直接知道网络是否拥塞，但它可以通过两个信号简介判断：

1. 超时重传：数据包长时间未收到ACK，即可能丢失 -> 严重拥塞
2. 收到重复的ACK：对方多次请求同一个序号，即中间可能有包丢失 -> 轻度拥塞

拥塞控制核心：拥塞窗口（cwnd）

• cwnd：表示可以发送但尚未确认的数据量（单位：MSS）
• 实际发送：min（接收方窗口 rwnd, 拥塞窗口 cwnd)

经典拥塞控制算法（四个阶段）

现代 TCP（如 Reno、Cubic）通常包含以下四个阶段：

1. 慢启动（Slow Start）

• 目的：快速探测网络可用带宽
• 规则：
  • 每收到一个 ACK，cwnd += 1 MSS
  • 实际效果：每轮 RTT，cwnd 翻倍（指数增长）
• 起点：cwnd = 初始值（如 10）
• 终点：达到 慢启动阈值（ssthresh） 或发生丢包

📈 例子：
cwnd: 1 → 2 → 4 → 8 → 16 …（每 RTT 翻倍）

2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）

• 目的：谨慎增加发送速率，避免触发拥塞
• 规则：
  • 每收到一个 ACK，cwnd += 1/cwnd
  • 实际效果：每 RTT，cwnd 增加 1 MSS（线性增长）
• 起点：cwnd >= ssthresh

📉 增长变慢，更“温和”

3️. 快速重传（Fast Retransmit） + 快速恢复（Fast Recovery）

当收到 3 个重复 ACK（表示中间丢了一个包）：

快速重传：

• 不等超时，立即重传丢失的包

快速恢复：

1. ssthresh = cwnd / 2（砍半）
2. cwnd = ssthresh（补偿已发出的包）
3. 每收到一个重复 ACK，cwnd += 1（继续发新数据）
4. 收到新 ACK（确认重传成功）→ cwnd = ssthresh，进入拥塞避免

避免像超时那样直接回到慢启动（性能更好）

4. 超时重传（Timeout）

• 如果发生超时（比重复 ACK 更严重）：
  • ssthresh = cwnd / 2
  • cwnd = 1（或初始值）
  • 重新进入慢启动

超时意味着严重拥塞，必须大幅降速