一、减缓TCP发送概述

• 一个待解决的问题是，如何减缓TCP发送
• 在前面“TCP流量控制”中已经提到，根据接收方剩余缓存空间大小，在TCP头部设置了通知窗口大小字段，该数值是TCP发送方调节发送速率的依据。进一步说，当接收速率或网络传输速率过慢时，我们需要降低发送速率

二、拥塞窗口（cwnd）

• 为实现上述操作，基于对网络传输能力的估计，可以在发送端进入一个窗口控制变量，确保发送窗口大小不超过接收端接收能力和网络传输能力，即TCP发送端的发送速率等于接收速率和传输速率两者中较小值
• 反映网络传输能力的变量称为拥塞窗口（congestion windows），记作cwnd

三、发送端实际窗口W

• 因此，发送端实际(可用)窗口W，就是接收端通知窗口awnd和拥塞窗口cwnd的较小者：

• 根据上述等式可得：
  • TCP发送端发送的数据中，还没有收到ACK回复的数据量不能多于W(以包或字节为单位)。这种已经发出但还未经确认的数据量大小有时称为“在外数据值”，它总是小于等于W
  • 通常，W可以以包或字节为单位

• 这看似合乎逻辑，但实际并非如此。因为网络和接收端状况会随时间变化，相应地，awnd和cwnd的数值也会随之改变。另外，由于缺少显示拥塞的明确信号(参见前述章节)，TCP发送方无法直接获得cwnd的“准确”值。因此，变量W、 cwnd、 awnd的值都要根据经验设定并需动态调节

W值的设定

• 此外，如前所述，W的值不能过大或过小——我们希望其接近带宽延迟积(Bandwidth-Delay Product，BDP)，也称作最佳窗口大小(optimal window size)
• W反映网络中可存储的待发送数据量大小，其计算值等于RTT与链路中最小通行速率(即发送端与接收端传输路径中的“瓶颈” )的乘积
• 通常的策略是，为便网络资源得到高效利用，应保证在网络中传输的数据量达到BDP。但若在传输数据值远高于BDP时，会引人不必要的延时（见后面的“缓冲区膨胀”），所以这也是不可取的。在网络中如何确定一个连接的BDP是难点，需要考虑诸多因素，如路由、时延、统计复用(即共用传输资源)水平随时间的变化性等

四、cwnd值的初始化

• 当一个新的TCP连接建立之初，还无法获知可用的传输资源，所以cwnd的初始值也无法确定。 (也有一些例外，如有些系统的缓存容量是预先设定的，在“TCP超时与重传”中我们称其为目的度量( destination metric)) TCP通过与接收端交换一个数据包就能获得awnd的值，不需要任何明确的信号
• 显而易见，获得cwnd最佳值的唯一方法是以越来越快的速率不断发送数据，直到出现数据包丢失(或网络拥塞)为止。这时考虑立即以可用的最大速率发送(受awnd的限制)，或是慢速启动发送
• 由于多个TCP连接共享一个网络传输路径，以全速启动会影响其他连接的传输性能，所以通常会有特定的算法来避免过快启动，直至稳定传输后才会运行相应的其他算法

五、包守恒与ACK时钟

• TCP发送方的拥塞控制操作是由ACK的接收来驱动或“控制”的。当TCP传输处于稳定阶段(cwnd取合适值)，接收到ACK回复表明发送的数据包已被成功接收，因此可以继续发送操作。据此推理，稳定状态下的TCP拥塞行为，实际是试图使在网络传输路径上的数据包守恒（参见下图）
• 这里的守恒是从物理学意义上而言的一某个量(如动量、能量) 进入一个系统不会凭空消失或出现，而是以某种表现形式继续存在

• 如上图所示：
  • 上下两条通道形似“漏斗”
  • 发送方发送的（较大）数据包经上通道传输给接收方
  • 相对较狭窄部分表示传输较慢的连接链路，数据包需要适时地被“伸展”
  • 两端部分（位于发送方和接收方）是数据包发送前和接收后的队列
  • 下通道传输相应ACK数据包
• 在高效传输的稳定状态下，上下通道都不会出现包堵塞的情况，而且在上通道中也不会有较大传输间隔。注意到发送方接收到一个ACK就表明可向上图中的上层通道发送一个数据包（即网络中可容纳另一个包）。这种由一个ACK到达（称作ACK时钟）触发一个新数据包传输的关系称为自同步