TCP拥塞控制

1、TCP拥塞控制的意义

早期开发的TCP在启动一个连接的时会向网络发送大量数据包，可能会导致路由器或链路负载过量，产生网络拥塞，使得TCP连接的吞吐量急剧下降。由于TCP源端无法知道网络资源当前的使用情况，因此新建立的TCP连接不能一开始就发送大量数据，只能逐步增加每次发送的数据量，以避免上述现象的发生。

网络提供的资源包括缓存空间、链路带宽容量和中间节点的处理能力，由于互联网的设计机制导致其缺乏“接纳控制”能力，因此在网络资源不足时不能限制用户数量，而只能靠降低服务质量来继续为用户服务也就是“尽力而为”的服务。拥塞其实是一个动态的问题，我们没办法用一个静态的方案去解决，从这个意义上来说，拥塞是不可避免的。

2、TCP拥塞控制算法

慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复

1）慢启动

当新建立TCP连接时，拥塞窗口cwnd初始化为1，表示一个数据包大小，源端按cwnd发送数据，每收到一个ACK确认，cwnd就增加一个数据包发送量，这样在一个RTT内，cwnd就会增加一倍，即cwnd会随着RTT（传输轮次）呈指数增长。

2）拥塞避免

如果安装慢启动的过程一直增大cwnd，肯定会出现网络拥塞的情况，因此设置了慢启动阈值ssthresh（slow start thresh），当cwnd达到ssthresh时，就会进入拥塞避免阶段。在此阶段中，发送方每收到一个ACK确认，cwnd就增加1/cwnd，那么在RTT内，就会增加1，cwnd随着RTT呈线性增长。

如果出现了由超时指示的丢包事件，就将ssthresh更新为cwnd的1/2，并且cwnd重置为1，开始慢启动过程。这样做可以迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够的时间将队列中挤压的分组处理完毕，缓解网络拥塞。

3）快速重传和快速恢复

当发送方收到3个或者3个以上的重复ACK确认时，说明有可能有数据包丢失，于是需要立刻重传该丢失的数据包，这就是快速重传。更新ssthresh为当前cwnd的1/2，然后将cwnd变为原来的1/2，开始拥塞避免阶段，即随着RTT呈线性增长，这个过程就是快速恢复阶段。

3、算法总结

1）当TCP建立新连接时，发送方将cwnd初始化为1，每收到一个ACK确认，cwnd增加1，即随着RTT呈指数增长，这是慢启动过程。当cwnd=ssthresh，就进入拥塞避免阶段，每收到一个ACK确认，cwnd增加1/cwnd，随着RTT呈线性增长，如果出现超时导致的丢包现象，就更新ssthresh为cwnd的1/2，cwnd重置为1，开始慢启动过程。

2）当采用快速重传机制时，当发送方收到连续的3个或3个以上的ACK确认，就认为该数据包可能丢失，就立刻重传该数据包，并且更新ssthresh为cwnd的1/2，cwnd减半，进入拥塞避免阶段。

4、为什么收到3个ACK之后进入拥塞避免，而不是慢启动？

如果收到3个ACK确认，代表可能存在数据包丢失，需要立刻重传，并且只有对方收到了数据包才会发送ACK，因此整个过程中，收发双方一直在进行数据传输，如果进入慢启动阶段，会减小数据流，影响数据传输，而进入拥塞避免可以缓解该情况。

5、基础知识

拥塞：对资源的需求超过了可用的资源。若网络中许多资源同时供应不足，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量随之负荷的增大而下降。

拥塞控制：防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制所要做的都有一个前提：网络能够承受现有的网络负荷。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。

流量控制：指点对点通信量的控制，是端到端正的问题。流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。

拥塞控制代价：需要获得网络内部流量分布的信息。在实施拥塞控制之前，还需要在结点之间交换信息和各种命令，以便选择控制的策略和实施控制。这样就产生了额外的开销。拥塞控制还需要将一些资源分配给各个用户单独使用，使得网络资源不能更好地实现共享。

参考：https://www.cnblogs.com/losbyday/p/5847041.html

https://blog.csdn.net/zxx910509/article/details/51321266