TCP拥塞控制

TCP拥塞控制机制负责管理数据流量，以避免网络过载。它利用拥塞窗口和相应的策略来调整传输速率。虽然接收方可以自行设定窗口大小，但网络也会对这一过程产生影响——当网络无法处理当前的传输速率时，它会向发送方发出信号，要求发送方降低传输速率。

TCP中的拥塞控制策略

• 缓慢启动阶段：启动后，增长速度与阈值呈指数关系。
• 拥堵避免阶段：当达到阈值增量后，数值会增加1。
• 拥堵检测阶段：发送方会回到“慢启动阶段”或“拥塞避免阶段”。

缓慢启动阶段

在连接建立初期，TCP会指数级地增加其拥塞窗口大小，从而能够快速了解网络的承载能力。

指数级增长在这一阶段之后，每次……RTT拥塞窗口的大小会以指数方式递增。

例如：如果初始的拥塞窗口大小为1个段，而第一个段被成功确认了，那么拥塞窗口的大小就会变为2个段。如果下一个传输也被成功确认了，那么拥塞窗口的大小就会再次翻倍，变成4个段。这种指数级的增长会一直持续下去，只要所有段都被成功确认了。

最初，cwnd的值为1。
经过1次RTT后，cwnd的值为2^1 = 2。
2个RTT，cwnd = 2^2 = 4
3个RTT，cwnd = 2^3 = 8

2. 拥塞避免阶段

在慢启动阶段之后，TCP会线性地增加其拥塞窗口大小，以防止网络出现拥塞现象。

增量加成：这一阶段在阈值达到该值时开始，这个阈值也被称为ssthresh。此时，拥塞窗口的大小会以递增的方式增加。每次经过一个RTT之后，拥塞窗口的大小就会增加1。即：cwnd = cwnd + 1。

例如：如果拥塞窗口的大小为20的话部分/片段如果所有20个段都在一个RTT时间内被成功确认，那么下一个RTT周期中，拥塞窗口的大小将会增加到21个段。如果这21个段同样被成功确认，那么拥塞窗口的大小将继续增加，直到达到22个段为止。如此循环下去。

最初，cwnd = i
在经历1次RTT之后，cwnd的值为i+1。
2个RTT，cwnd = i+2
3个RTT，cwnd = i+3

3. 拥塞检测阶段

TCP通过检测数据包的丢失或重复确认来识别网络拥塞情况，并触发窗口大小的减小，从而控制网络流量。

乘法递减：如果发生拥塞情况，TCP会减小拥塞窗口的大小。当数据包需要重新传输时，即出现RTO超时或收到三个重复的ACK信号时，发送方就会意识到已经发生了拥塞。

案例1：由于超时导致的重新传输——在这种情况下，出现拥塞的可能性非常高。

ssthresh的值被减少到当前窗口大小的一半。
(b) 将 cwnd 设置为 1
(c) 再次从缓慢启动阶段开始。

案例2：由于存在3个确认重复的数据包而导致的重传情况——这种情况下，出现拥塞的可能性较小。

(a) ssthresh值减少为当前窗口大小的一半。
(b) 设置 cwnd=ssthresh
(c) 从避免拥堵的阶段开始着手处理。

例如：TCP连接的过程始于“慢启动”阶段。到第5轮时，拥塞窗口的大小达到ssthresh值（32），此时TCP会切换到“拥塞避免”模式，这一状态会持续到第10轮。在第10轮时，有3个重复的ACK信号被触发，导致拥塞窗口进一步增加。到了第16轮时，由于超时事件发生，拥塞窗口的大小会减小。任务是将传输轮数（时间）与拥塞窗口大小之间的关系绘制出来。