通俗易懂讲解拥塞控制

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前言

TCP的拥塞控制，以前觉得老复杂了，今天重温了一遍有了更加清晰的认识。本文就分享我总结出来的拥塞控制原理以及过程。力求通俗易懂。

一、拥塞控制是什么？

拥塞控制是为了避免在网络通信中出现大量的数据包引起的网络拥塞问题。

二、什么是拥塞窗口？和发送窗口有什么关系呢？

这个是一个发送方维护的一个状态变量，他会根据网络的拥塞程度动态变化。（刚开始的时候cwnd是不断增长的，直到遇到拥塞就会发生相应的调整）

加入了拥塞窗口的概念后，此时发送窗口的值是
swnd = min(cwnd, rwnd)，也就是拥塞窗口和接收窗口中的最小值。

三、慢启动

在没有出现丢包时每收到一个 ACK 就将拥塞窗口大小加一，每轮次发送窗口增加一倍，呈指数增长， 可以看出慢启动算法，发包的个数是指数性的增长。

发包的个数是指数性的增长。这样会让 cwnd 增长速度非常快，网络拥塞的可能性也就更高。所以需要设置一个慢开始门限 ssthresh，当 cwnd >= ssthresh 时，进入拥塞避免，每个轮次只将 cwnd 加 1。

四、阻塞避免算法

拥塞窗口 cwnd 「超过」慢启动门限 ssthresh 就会进入拥塞避免算法。
拥塞避免算法就是将原本慢启动算法的指数增长变成了线性增长，还是增长阶段，但是增长速度缓慢了一些。
每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd，每个轮次只将 cwnd 加 1。

就这么一直增长着后，网络就会慢慢进入了拥塞的状况了，于是就会出现丢包现象，这时就需要对丢失的数据包进行重传。
对于丢包有两种判定方式，一种是超时重传RTO[Retransmission Timeout]超时，另一个是收到三个重复确认ACK。
当触发了重传机制，也就进入了「拥塞发生算法」

五、拥塞发生状态时的算法以及快速重传以及快速恢复

早期没有引入快速重传算法的时候。执行
将慢启动阈值ssthresh设置为当前cwnd的一半，即ssthresh = cwnd / 2.
cwnd重置为1
进入慢启动过程

由于一丢包就一切重来，导致cwnd又重置为1，十分不利于网络数据的稳定传递。后期进行了优化，当收到三个重复确认ACK时，TCP开启快速重传Fast Retransmit算法

cwnd大小缩小为当前的一半
ssthresh设置为缩小后的cwnd大小
然后进入快速恢复算法Fast Recovery。

拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）；
然后进入拥塞避免算法。

总结

1、在没有出现丢包时每收到一个 ACK 就将拥塞窗口大小加一，每轮次发送窗口增加一倍，呈指数增长， 可以看出慢启动算法，发包的个数是指数性的增长。

2、发包的个数是指数性的增长。这样会让 cwnd 增长速度非常快，网络拥塞的可能性也就更高。所以需要设置一个慢开始门限 ssthresh，当 cwnd >= ssthresh 时，进入拥塞避免，每个轮次只将 cwnd 加 1。指数增长变成了线性增长

3、就这么一直增长着后，网络就会慢慢进入了拥塞的状况了，于是就会出现丢包现象，也就进入了「拥塞发生算法」
早期没有引入快速重传算法的时候。执行
将慢启动阈值ssthresh设置为当前cwnd的一半，即ssthresh = cwnd / 2.
cwnd重置为1
进入慢启动过程

由于一丢包就一切重来，导致cwnd又重置为1，十分不利于网络数据的稳定传递。后期进行了优化，当收到三个重复确认ACK时，TCP开启快速重传Fast Retransmit算法以及快速回复算法。

cwnd大小缩小为当前的一半
ssthresh设置为缩小后的cwnd大小
然后进入快速恢复算法Fast Recovery。
拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）；
然后进入拥塞避免算法。