拥塞控制
一、认识
在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏。这种情况就叫拥塞。拥塞控制就是为了防止过多的数据注入到网络中，这样就可以使网络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。
为了进行拥塞控制，TCP 发送方要维持一个 拥塞窗口(cwnd) 的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。
TCP的拥塞控制采用了四种算法，即 慢开始 、 拥塞避免 、快重传 和 快恢复。在网络层也可以使路由器采用适当的分组丢弃策略（如主动队列管理 AQM），以减少网络拥塞的发生。
二、TCP 拥塞控制算法
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慢启动算法
慢启动算法，表面意思就是，别急慢慢来。它表示TCP建立连接完成后，一开始不要发送大量的数据，而是先探测一下网络的拥塞程度。由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小，如果没有出现丢包，每收到一个ACK，就将拥塞窗口cwnd大小就加1（单位是MSS）。每轮次发送窗口增加一倍，呈指数增长，如果出现丢包，拥塞窗口就减半，进入拥塞避免阶段。
- TCP连接完成，初始化cwnd = 1，表明可以传一个MSS单位大小的数据。
- 每当收到一个ACK，cwnd就加一;
- 每当过了一个RTT，cwnd就增加一倍; 呈指数让升
Preview为了防止cwnd增长过大引起网络拥塞，还需设置一个慢启动阀值ssthresh（slow start threshold）状态变量。当cwnd到达该阀值后，就好像水管被关小了水龙头一样，减少拥塞状态。即当cwnd >ssthresh时，进入了拥塞避免算法。
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拥塞避免算法
拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送放的cwnd加1。一般来说，慢启动阀值ssthresh是65535字节，cwnd到达慢启动阀值后
- 每收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd
- 当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1
显然这是一个线性上升的算法，避免过快导致网络拥塞问题。
Preview -
拥塞发生
当网络拥塞发生丢包时，会有两种情况：
- RTO超时重传
- 快速重传
如果是发生了RTO超时重传，就会使用拥塞发生算法
- 慢启动阀值sshthresh = cwnd /2
- cwnd 重置为 1
- 进入新的慢启动过程
Preview慢启动阀值ssthresh 和 cwnd 变化如下：
- 拥塞窗口大小 cwnd = cwnd/2
- 慢启动阀值 ssthresh = cwnd
- 进入快速恢复算法
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快重传和快恢复
在 TCP/IP 中，快速重传和恢复（fast retransmit and recovery，FRR）是一种拥塞控制算法，它能快速恢复丢失的数据包。没有 FRR，如果数据包丢失了，TCP 将会使用定时器来要求传输暂停。在暂停的这段时间内，没有新的或复制的数据包被发送。有了 FRR，如果接收机接收到一个不按顺序的数据段，它会立即给发送机发送一个重复确认。如果发送机接收到三个重复确认，它会假定确认件指出的数据段丢失了，并立即重传这些丢失的数据段。有了 FRR，就不会因为重传时要求的暂停被耽误。 当有单独的数据包丢失时，快速重传和恢复（FRR）能最有效地工作。当有多个数据信息包在某一段很短的时间内丢失时，它则不能很有效地工作。
快速重传和快速恢复算法一般同时使用。快速恢复算法认为，还有3个重复ACK收到，说明网络也没那么糟糕，所以没有必要像RTO超时那么强烈。
正如前面所说，进入快速恢复之前，cwnd 和 sshthresh已被更新：
- cwnd = cwnd /2
- sshthresh = cwnd然后，真正的快速算法如下：
- cwnd = sshthresh + 3
- 重传重复的那几个ACK（即丢失的那几个数据包）
- 如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd = cwnd +1
- 如果收到新数据的 ACK 后, cwnd = sshthresh。因为收到新数据的 ACK，表明恢复过程已经结束，可以再次进入了拥塞避免的算法了。
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三、TCP 拥塞控制 与 TCP 流量控制 区别
- 流量控制是作用于接收者的，根据接收端的实际接收能力控制发送速度，防止分组丢失的。流量控制往往是点对点通信量的控制，是个端到端的问题。流量控制所要做到的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。
- 拥塞控制是作用于网络的，防止过多的数据包注入到网络中，避免出现网络负载过大的情况。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机，所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。