TCP拥塞控制
背景
（课件原文）：
TCP采用基于滑动窗口的方法进行拥塞控制，属于闭环控制方法。
TCP发送方维持一个拥塞窗口 cwnd（Congestion Window），其大小取决于网络的拥塞程度，并且是动态变化的。
真正的发送窗口：
判断拥塞的方法（隐式反馈）
（课件原文）：
因传输出差错而丢弃分组的概率很小（远小于1%）。因此，发送方在超时重传计时器启动时，就判断网络出现了拥塞。
另一信号：收到3个重复ACK（快重传触发条件）。
四种拥塞控制算法（RFC 5681）
1. 慢开始（Slow Start）
（课件原文）：
目的：探测网络的负载能力或拥塞程度。
算法：由小到大逐渐增大注入到网络中的数据字节。
cwnd增大规则（课件原文）：
拥塞窗口cwnd每次的增加量 = min(N, SMSS) 其中N是原先未被确认的、但现在被刚收到的确认报文段所确认的字节数。
简化理解：每收到一个ACK，cwnd += 1 MSS → 指数增长（每RTT翻倍）
初始：cwnd = 1 MSS（或约10 MSS，RFC 6928）
2. 慢开始门限 ssthresh
（课件原文）：
防止拥塞窗口cwnd增长过大引起网络拥塞。
- 当 cwnd < ssthresh：使用慢开始算法（指数增长）
- 当 cwnd > ssthresh：停止慢开始，改用拥塞避免算法
- 当 cwnd = ssthresh：两者均可
3. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
（课件原文）：
目的：让拥塞窗口cwnd缓慢地增大，避免出现拥塞。
每经过一个往返时间RTT（不管在此期间收到了多少确认），发送方的拥塞窗口 cwnd = cwnd + 1。 具有加法增大 AI（Additive Increase）特点：使拥塞窗口按线性规律缓慢增长。
超时拥塞处理（课件原文）：
无论在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（重传定时器超时）： $\(\text{ssthresh} = \max(\text{cwnd}/2, 2)\)$ cwnd 重置为 1，重新执行慢开始算法。
4. 快重传（Fast Retransmit）
触发条件：收到3个连续重复ACK（说明某报文段丢失，但网络未完全拥塞）
行动：立即重传该报文段，不等超时计时器。
5. 快恢复（Fast Recovery）
快重传后配套使用： - \(\text{ssthresh} = \text{cwnd}/2\) - \(\text{cwnd} = \text{ssthresh}\)（不归1！） - 直接进入拥塞避免阶段（线性增长）
完整状态机示意
cwnd
32 | *
16 | * | ssthresh=16
8 | * |
4 | * | * ← 快恢复起点
2 | * | *
1 |* |*
+──────────────── RTT
慢开始 拥塞避免 快恢复后
(超时:归1)
AIMD特性
- 加法增大（AI）：拥塞避免阶段，每RTT +1
- 乘法减小（MD）：检测到拥塞，ssthresh减半
AIMD是TCP公平性的数学基础：多条TCP连接共享链路时，最终收敛到公平分配带宽。
参见
- [[05-运输层]] — TCP完整介绍
- [[TCP三次握手]] — 连接建立
- [[05-运输层|TCP流量控制]] — rwnd机制（与cwnd协作）
- [[时延模型]] — RTT的测量