TCP的擁塞控制（Congestion Control）是核心機制之一，用于動態調整發送方的數據傳輸速率，避免網絡因過載而出現性能急劇下降（如丟包、延遲激增）。其核心思想是探測網絡可用帶寬，并在擁塞發生時主動降低速率。以下是TCP擁塞控制的詳細解析：
一、擁塞控制的目標
避免擁塞：預防網絡進入過載狀態。
公平性：多個TCP連接共享帶寬時，應公平競爭。
高效性：盡可能利用可用帶寬。
二、核心機制
TCP擁塞控制通過擁塞窗口（Congestion Window, cwnd）實現，它限制了發送方未確認數據的最大量（與接收方的滑動窗口共同決定實際發送窗口）。擁塞控制分為四個階段：
1. 慢啟動（Slow Start）
目的：快速探測網絡可用帶寬。
規則：
初始cwnd = 1 MSS（最大報文段大小，如1460字節）。
每收到一個ACK，cwnd?指數增長（即每RTT翻倍：1 → 2 → 4 → 8...）。
終止條件：
達到慢啟動閾值（ssthresh）時，進入擁塞避免階段。
檢測到擁塞（如丟包）時，重置ssthresh = cwnd/2，cwnd = 1，重新慢啟動。
2. 擁塞避免（Congestion Avoidance）
目的：線性增長避免觸發擁塞。
規則：
每RTT（往返時間）cwnd?增加1 MSS（線性增長，如8 → 9 → 10...）。
終止條件：
發生擁塞（超時或重復ACK）時，調整ssthresh和cwnd。
3. 快速重傳（Fast Retransmit）
觸發條件：收到3個重復ACK（表明報文段丟失，但后續數據仍能到達）。
動作：
立即重傳丟失的報文段（無需等待超時）。
進入快速恢復階段。
4. 快速恢復（Fast Recovery）
目的：在快速重傳后平滑恢復，避免突然降速。
規則：
設置?ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh + 3 MSS（補償已確認的3個重復ACK）。
每收到一個重復ACK，cwnd增加1 MSS。
收到新數據的ACK時，退出快速恢復，進入擁塞避免階段。
三、擁塞控制的觸發事件
超時重傳（Timeout）：
視為嚴重擁塞，直接重置?cwnd = 1，重新慢啟動。
重復ACK（DupACK）：
觸發快速重傳和快速恢復，對擁塞響應更溫和。
四、擁塞控制算法演進
1. Tahoe（早期版本）
發生任何擁塞（超時或重復ACK）均重置cwnd=1，效率較低。
2. Reno（改進版）
引入快速恢復，區分超時和重復ACK，減少激進降速。
3. NewReno（優化版）
改進快速恢復，避免多次丟包時頻繁退出恢復階段。
4. CUBIC（Linux默認）
使用立方函數替代線性增長，更適合高帶寬延遲網絡（BDP）。
五、實例分析
假設初始參數：cwnd=1 MSS，ssthresh=16 MSS，MSS=1460字節。
慢啟動階段：
發送1個報文 → ACK → cwnd=2 → 發送2個報文 → ACKs → cwnd=4 → ...（指數增長）。
擁塞避免階段（cwnd≥16）：
每RTT cwnd增加1 MSS（如16 → 17 → 18...）。
快速重傳與恢復：
若收到3個重復ACK，重傳丟失報文，設置cwnd=10（假設原cwnd=20），繼續線性增長。
六、擁塞控制 vs. 流量控制
| 對比項 | 擁塞控制 | 流量控制 |
|---|---|---|
| 目標 | 避免網絡過載 | 防止接收方緩沖區溢出 |
| 控制對象 | 網絡鏈路 | 接收方窗口（rwnd） |
| 實現機制 | 擁塞窗口（cwnd） | 滑動窗口（Window字段） |
| 觸發信號 | 丟包、延遲增加 | 接收方通告的窗口大小 |
七、關鍵參數與公式
實際發送窗口：
Window=min?(cwnd,rwnd)Window=min(cwnd,rwnd)RTT估算：
SRTT=α×SRTT+(1?α)×NewRTTSRTT=α×SRTT+(1?α)×NewRTT
（α通常為0.875，平滑波動）
八、現代改進方向
BBR（Bottleneck Bandwidth and RTT）：
Google提出的算法，基于帶寬和延遲探測，替代基于丟包的擁塞控制。
AQM（主動隊列管理）：
路由器主動丟棄/標記報文（如RED算法），提前避免擁塞。
總結
TCP擁塞控制通過慢啟動、擁塞避免、快速重傳/恢復的動態調整，在公平性與高效性之間取得平衡。其核心是通過cwnd的增減響應網絡狀態，確保網絡在高負載下仍能穩定運行。
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