TCP拥塞控制

传输控制协议

TCP拥塞控制是传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol，缩写TCP）避免网络拥塞的算法，是互联网上主要的一个拥塞控制措施。它使用一套基于线增积减模式的多样化网络拥塞控制方法（包括慢启动和拥塞窗口等模式）来控制拥塞。在互联网上应用中有相当多的具体实现算法。

运作方法

TCP使用多种拥塞控制策略来避免雪崩式拥塞。TCP会为每条连接维护一个“拥塞窗口”来限制可能在端对端间传输的未确认分组总数量。这类似TCP流量控制机制中使用的滑动窗口。TCP在一个连接初始化或超时后使用一种“慢启动”机制来增加拥塞窗口的大小。它的起始值一般为最大分段大小（Maximum segment size，MSS）的两倍，虽然名为“慢启动”，初始值也相当低，但其增长极快：当每个分段得到确认时，拥塞窗口会增加一个MSS，使得在每次往返时间（round-trip time，RTT）内拥塞窗口能高效地双倍增长。

当拥塞窗口超过慢启动阈值（ssthresh）时，算法就会进入一个名为“拥塞避免”的阶段。在拥塞避免阶段，只要未收到重复确认，拥塞窗口则在每次往返时间内线性增加一个MSS大小。

拥塞窗口

在TCP中，拥塞窗口（congestion window）是任何时刻内确定能被发送出去的字节数的控制因素之一，是阻止发送方至接收方之间的链路变得拥塞的手段。他是由发送方维护，通过估计链路的拥塞程度计算出来的，与由接收方维护的接收窗口大小并不冲突。

当一条连接创建后，每个主机独立维护一个拥塞窗口并设置值为连接所能承受的MSS的最小倍数，之后的变化依靠线增积减机制来控制，这意味如果所有分段到达接收方和确认包准时地回到发送方，拥塞窗口会增加一定数量。该窗口会保持指数增大，直到发生超时或者超过一个称为“慢启动阈值（ssthresh）”的限值。如果发送方到达这个阈值时，每收到一个新确认包，拥塞窗口只按照线性速度增加自身值的倒数。

当发生超时的时候，慢启动阈值降为超时前拥塞窗口的一半大小、拥塞窗口会降为1个MSS，并且重新回到慢启动阶段。

系统管理员可以设置窗口最大限值，或者调整拥塞窗口的增加量，来对TCP调优。

在流量控制中，接收方通过TCP的“窗口”值（Window Size）来告知发送方，由发送方通过对拥塞窗口和接收窗口的大小比较，来确定任何时刻内需要传输的数据量。

慢启动

慢启动（Slow-start）是用于结合其他阶段算法，来避免发送过多数据到网络中而导致网络拥塞，算法在RFC5681中定义。

慢启动初始启动时设置拥塞窗口值（cwnd）为1、2、4或10个MSS。拥塞窗口在每接收到一个确认包时增加，每个RTT内成倍增加，当然实际上并不完全是指数增长，因为接收方会延迟发送确认，通常是每接收两个分段则发送一次确认包。发送速率随着慢启动的进行而增加，直到遇到出现丢失、达到慢启动阈值（ssthresh）、或者接收方的接收窗口进行限制。如果发生丢失，则TCP推断网络出现了拥塞，会试图采取措施来降低网络负载。这些是靠具体使用的TCP拥塞算法来进行测量判断。当达到慢启动阈值（ssthresh）时，慢启动算法就会转换为线性增长的阶段，算法控制每个RTT内拥塞窗口只增加1个分段量。虽然称为“慢启动”，但实际上比拥塞控制阶段的窗口增加更为激进。

对于处理报文丢失这个事件上，不同拥塞控制算法表现有所不同：

慢启动假设分段的未确认是由于网络拥塞造成的，虽然大部分网络的确如此，但也有其他原因，例如一些链路质量差的网络，会导致分段包丢失。在一些网络环境，例如无线网络，慢启动效率并不好。

慢启动对于一些短暂的连接性能并不好，一些较旧的网页浏览器会创建大量连续的短暂链接，通过快速开启和关闭链接来请求获得文件，这使得大多数链接处于慢启动模式，导致网页响应时间差。所以新的网页浏览器，会通过向特殊的服务器，开启一条链接来请求获得全部的文件，而避免频繁新建大量短暂链接。不过这样对一些非请求网站所提供的服务，例如广告跟踪脚本、社交分享功能脚本、网络分析脚本等，并不适用。

和式增加，积式减少

和式增加，积式减少（additive-increase/multiplicative-decrease，AIMD，这里简称“线增积减”）是一种反馈控制算法，其包含了对拥塞窗口线性增加，和当发生拥塞时对窗口积式减少。多个使用AIMD控制的TCP流最终会收敛到对线路的等量竞争使用。

快速重传

快速重传（Fast retransmit）是对TCP发送方降低等待重发丢失分段用时的一种改进。TCP发送方在每发送一个分段时会启动一个超时计时器，如果相应的分段确认没在特定时间内被送回，发送方就假设这个分段在网络上丢失了，需要重发。这也是TCP用来估计RTT的测量方法。

重复确认（duplicate cumulative acknowledgements，DupAcks）就是这个阶段的基础，其基于以下过程：如果接收方接收到一个数据分段，就会将该分段的序列号加上数据字节长的值，作为分段确认的确认号，发送回发送方，表示期望发送方发送下一个序列号的分段。但是如果接收方提前收到更下一个序列号的分段——或者说接收到无序到达的分段，即之前期望确认号对应的分段出现接收丢失——接收方需要立即使用之前的确认号发送分段确认。此时如果发送方收到接收方相同确认号的分段确认超过1次，并且该对应序列号的分段超时计时器仍没超时的话，则这就是出现重复确认，需要进入快速重传。

快送重传就是基于以下机制：如果假设重复阈值为3，当发送方收到4次相同确认号的分段确认（第1次收到确认期望序列号，加3次重复的期望序列号确认）时，则可以认为继续发送更高序列号的分段将会被接受方丢弃，而且会无法有序送达。发送方应该忽略超时计时器的等待重发，立即重发重复分段确认中确认号对应序列号的分段。

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