TCP拥塞控制这一块东西比较多~这里只总结重要的。

TCP的拥塞控制主要依赖于 拥塞窗口(congestion window, cwnd) 和 慢启动阈值(slow start threshold, ssthresh)。cwnd是发送端根据网络的拥塞程度所预设的一个窗口大小，而ssthresh则是慢启动窗口的阈值，cwnd超过此阈值则转变控制策略。

TCP拥塞控制的主要算法有 慢启动(Slow Start)、拥塞避免(Congestion Avoidance)、快速重传(Fast Retransmit)、快速恢复(Fast Recovery)等。

Slow Start

如果TCP连接一建立就向服务器大量发包，很容易导致拥塞。因此，新建立的连接不能一开始就大量发送数据包，而是应该根据网络状况，逐步地增加每次发送数据包的量，这就是慢启动。慢启动通常在新建立TCP连接或由于RTO而丢包时执行。

具体来说，新建TCP连接时，cwnd需初始化为一个或几个最大发送报文段大小(send maximum segment size, SMSS)。具体规则（IW为初始窗口大小）：

IW = 1*(SMSS) (if SMSS <= 2190 bytes)

IW = 2*(SMSS) and not more than 2 segments (if SMSS > 2190 bytes)

IW = 3*(SMSS) and not more than 3 segments (if 2190 ≥ SMSS > 1095 bytes)

IW = 4*(SMSS) and not more than 4 segments (otherwise)

发送端按照cwnd大小发送数据，每当数据被确认时，cwnd就以2为倍数进行指数级增长，即 $cwnd{n}=2*cwnd{n-1}$

比如：

1
2
3
4
5
6
7

开始 ---> cwnd = 1*SMSS  
经过一个RTT ---> cwnd = 2*SMSS  
经过两个RTT ---> cwnd = 2^2=4*SMSS  
经过三个RTT ---> cwnd = 2^3=8*SMSS

如果带宽为W，那么经过 $RTT log_{2}W$ 时间就可以占满带宽。

显然，慢启动并不慢，cwnd会飞速增长。但是cwnd不能无限制地进行指数增长。当cwnd值超过慢启动阈值(ssthresh)时，慢启动过程结束，进入拥塞避免阶段。拥塞避免算法将在下面总结。

Congestion Avoidance

当cwnd值超过ssthresh值时，慢启动过程结束，进入拥塞避免阶段。在拥塞避免阶段，cwnd将不再呈指数增长，而是呈线性增长。一般来说：

• 收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd
• 当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1

这样放缓了拥塞窗口的增长速率，避免增长过快导致网络拥塞，慢慢的增加调整到网络的最佳值。

拥塞状态

在慢启动阶段与拥塞避免阶段，只要判断发送方出现丢包，就会进行相应的控制。有两种情况：

（1) 等待RTO超时，重传数据包，此时TCP反应强烈：

1. 将ssthresh降低为此时cwnd的一半
2. 将cwnd重新设为初始值(IW)
3. 重新进入慢启动阶段

原则：加法增大、乘法减小。

（2) 连续收到3个duplicate ACK时，重传数据包，无须等待RTO。此情况即为下面的快速重传。

Fast Retransmit

TCP在收到一个乱序的报文段时，会立即发送一个重复的ACK，并且此ACK不可被延迟。

如果连续收到3个或3个以上重复的ACK，TCP会判定此报文段丢失，需要重新传递，而无需等待RTO。这就叫做快速重传。

注：快速重传始于BSD 4.3 Tahoe，但Tahoe的TCP实现没有包含快速恢复阶段，快速重传后会退回至慢启动阶段。

Fast Recovery

快速恢复是指快速重传后直接进入拥塞避免阶段而非慢启动阶段。总结一下快速恢复的步骤（以SMSS为单位）：

1. ​当收到3个重复的ACK时，将ssthresh设置为cwnd的一半(ssthresh = cwnd/2)，然后将cwnd的值设为ssthresh加3(cwnd = ssthresh + 3)，然后快速重传丢失的报文段
2. 每次收到重复的ACK时，cwnd增加1(cwnd += 1)，并发送1个packet(如果允许的话)
3. 当收到新的ACK时，将cwnd设置为第一步中ssthresh的值(cwnd = ssthresh)，代表恢复过程结束

快速恢复后将进入拥塞避免阶段。

注：快速恢复始于BSD 4.3 Reno。

NewReno

快速恢复存在的一个问题是它只能针对一个packet重传而不能针对多个packet，这样会RTO到吐。因此后来标准提出了NewReno作为Reno的补充。NewReno可以解决一个窗口内多个packet丢失的情况（Partial ACK），即NewReno算法需要处理完该窗口内所有packet的ACK后方可结束恢复状态。这是一种激进的优化，适合不支持SACK的情况。（通过recovery变量实现）

SACK

SACK维持一个名为pipe的变量，代表流量的估计值。发包的时间由pipe决定。具体细节可见 RFC 2018。

SACK可能会出现pipe计算不精确的情况，这样会使算法退化回Tahoe。Forward Acknowledgment (FACK)是对SACK的改进，它可以精确地计算pipe值。

其它

更多的拥塞控制算法见TCP Congestion Avoidance Algorithm。