TCP的拥塞控制（Congestion Control）是核心机制之一，用于动态调整发送方的数据传输速率，避免网络因过载而出现性能急剧下降（如丢包、延迟激增）。其核心思想是探测网络可用带宽，并在拥塞发生时主动降低速率。以下是TCP拥塞控制的详细解析：
一、拥塞控制的目标
避免拥塞：预防网络进入过载状态。
公平性：多个TCP连接共享带宽时，应公平竞争。
高效性：尽可能利用可用带宽。
二、核心机制
TCP拥塞控制通过拥塞窗口（Congestion Window, cwnd）实现，它限制了发送方未确认数据的最大量（与接收方的滑动窗口共同决定实际发送窗口）。拥塞控制分为四个阶段：
1. 慢启动（Slow Start）
目的：快速探测网络可用带宽。
规则：
初始cwnd = 1 MSS（最大报文段大小，如1460字节）。
每收到一个ACK，cwnd 指数增长（即每RTT翻倍：1 → 2 → 4 → 8...）。
终止条件：
达到慢启动阈值（ssthresh）时，进入拥塞避免阶段。
检测到拥塞（如丢包）时，重置ssthresh = cwnd/2，cwnd = 1，重新慢启动。
2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
目的：线性增长避免触发拥塞。
规则：
每RTT（往返时间）cwnd 增加1 MSS（线性增长，如8 → 9 → 10...）。
终止条件：
发生拥塞（超时或重复ACK）时，调整ssthresh和cwnd。
3. 快速重传（Fast Retransmit）
触发条件：收到3个重复ACK（表明报文段丢失，但后续数据仍能到达）。
动作：
立即重传丢失的报文段（无需等待超时）。
进入快速恢复阶段。
4. 快速恢复（Fast Recovery）
目的：在快速重传后平滑恢复，避免突然降速。
规则：
设置 ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh + 3 MSS（补偿已确认的3个重复ACK）。
每收到一个重复ACK，cwnd增加1 MSS。
收到新数据的ACK时，退出快速恢复，进入拥塞避免阶段。
三、拥塞控制的触发事件
超时重传（Timeout）：
视为严重拥塞，直接重置 cwnd = 1，重新慢启动。
重复ACK（DupACK）：
触发快速重传和快速恢复，对拥塞响应更温和。
四、拥塞控制算法演进
1. Tahoe（早期版本）
发生任何拥塞（超时或重复ACK）均重置cwnd=1，效率较低。
2. Reno（改进版）
引入快速恢复，区分超时和重复ACK，减少激进降速。
3. NewReno（优化版）
改进快速恢复，避免多次丢包时频繁退出恢复阶段。
4. CUBIC（Linux默认）
使用立方函数替代线性增长，更适合高带宽延迟网络（BDP）。
五、实例分析
假设初始参数：cwnd=1 MSS，ssthresh=16 MSS，MSS=1460字节。
慢启动阶段：
发送1个报文 → ACK → cwnd=2 → 发送2个报文 → ACKs → cwnd=4 → ...（指数增长）。
拥塞避免阶段（cwnd≥16）：
每RTT cwnd增加1 MSS（如16 → 17 → 18...）。
快速重传与恢复：
若收到3个重复ACK，重传丢失报文，设置cwnd=10（假设原cwnd=20），继续线性增长。
六、拥塞控制 vs. 流量控制
| 对比项 | 拥塞控制 | 流量控制 |
|---|---|---|
| 目标 | 避免网络过载 | 防止接收方缓冲区溢出 |
| 控制对象 | 网络链路 | 接收方窗口（rwnd） |
| 实现机制 | 拥塞窗口（cwnd） | 滑动窗口（Window字段） |
| 触发信号 | 丢包、延迟增加 | 接收方通告的窗口大小 |
七、关键参数与公式
实际发送窗口：
Window=min(cwnd,rwnd)Window=min(cwnd,rwnd)RTT估算：
SRTT=α×SRTT+(1−α)×NewRTTSRTT=α×SRTT+(1−α)×NewRTT
（α通常为0.875，平滑波动）
八、现代改进方向
BBR（Bottleneck Bandwidth and RTT）：
Google提出的算法，基于带宽和延迟探测，替代基于丢包的拥塞控制。
AQM（主动队列管理）：
路由器主动丢弃/标记报文（如RED算法），提前避免拥塞。
总结
TCP拥塞控制通过慢启动、拥塞避免、快速重传/恢复的动态调整，在公平性与高效性之间取得平衡。其核心是通过cwnd的增减响应网络状态，确保网络在高负载下仍能稳定运行。
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