TCP 拥塞控制

TCP 拥塞控制

背景

• 作用于网络，防止过多的包发送到网络中，避免网络负载过大，网络拥塞的情况
• 检测网络传输的情况进行动态控制

作用

• TCP 通过维护一个拥塞窗口来进行拥塞控制
• 网络中没有出现拥塞，拥塞窗口的值就可以再增大一些，以便把更多的数据包发送出去
• 网络出现拥塞，拥塞窗口的值就应该减小一些，以减少注入到网络中的数据包数。

名词

• ACK 确认，确认方收到包后的确认报文
• 拥塞窗口值 cwnd，
• ssthresh （slow start threshold）慢启动阈值
• MSS (Maximum segment size) 最大分段大小
• RTT (round-trip time) 往返时间，来回通信延迟
• RTO (retransmission timeout) 重传超时

拥塞控制的三种情况

• 收到正确的 ACK 确认，表明当前单次发送量小于网络的承载量
• 收到三条同一分组的确认，重复的三条确认，单次发送量一般大于3
  • 发送 0 10 20 30 40 ，20序号丢失
  • 返回 0 10 20 20 20 , 得到3个20的重复确认
• 对某条分组的确认超时未收到确认
  • 发送 0 10 20 30 40 , 30序号丢失
  • 返回 0 10 20 30 30 , 2次重复，单次发送大于3，更繁忙

慢启动

• TCP 刚建立连接，逐渐提速试探网络承受能力
  1 慢启动初始启动时设置拥塞窗口值（cwnd）为1、2、4或10个MSS
  2 cwnd 大小每当收到一个ACK增加，每个 RTT 内成倍增加, 呈指数上升
  3 当达到慢启动阈值 ssthresh 时 cwnd >= ssthresh，进入拥塞避免算法-线性增长阶段

拥塞避免

• 拥塞窗口值 cwnd >= ssthresh 慢启动阈值时，cwnd 进入线性增长阶段
• cwnd 大小每当收到一个ACK增加，每个 RTT 只增加 1, 呈线性上升

快速重传

Tahoe：如果收到三次重复确认——即第四次收到相同确认号的分段确认，并且分段对应包无负载分段和无改变接收窗口——的话，Tahoe算法则进入快速重传，将慢启动阈值改为当前拥塞窗口的一半，将拥塞窗口降为1个MSS，并重新进入慢启动阶段。

• 设置 ssthresh 为当前 cwnd 的一半
• cwnd 变为 1MSS，
• 重新进入慢启动 - 指数上升再线性上升
• 对于RTO，将拥塞窗口降为1个MSS，然后进入慢启动阶段

快速恢复

Reno：如果收到三次重复确认，Reno算法则进入快速重传，只将拥塞窗口减半来跳过慢启动阶段，将慢启动阈值设为当前新的拥塞窗口值，进入一个称为“快速恢复”的新设计阶段。

• 设置 ssthresh 为当前 cwnd 的一半
• cwnd 也设置为 ssthresh 大小
• 进入拥塞避免阶段 - 线性上升
• 对于RTO，将拥塞窗口降为1个MSS，然后进入慢启动阶段

快速重传 Tahoe，快速恢复 Reno 图解

参考

https://zh.wikipedia.org/wiki/TCP%E6%8B%A5%E5%A1%9E%E6%8E%A7%E5%88%B6
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8B%A5%E5%A1%9E%E6%8E%A7%E5%88%B6
https://juejin.im/entry/5b7fcd13f265da4372473199
https://zhuanlan.zhihu.com/p/59656144
https://blog.csdn.net/lpjishu/article/details/51366691
https://blog.csdn.net/Go_hack/article/details/79850183