一：TCP的拥塞控制

1:是什么

(1):是什么(拥塞现象)

网络的 吞吐量 与 通信子网 负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有着密切的关系。当 通信子网 负荷比较小时,网络的 吞吐量 (分组数/秒)随网络负荷(每个 节点 中分组的平均数)的增加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后,若 网络吞吐量 反而下降，则表征网络中出现了拥塞现象。在一个出现拥塞现象的网络中，到达某个 节点 的分组将会遇到无缓冲区可用的情况，从而使这些分组不得不由前一节点重传,或者需要由源节点或源 端系统 重传。当拥塞比较严重时， 通信子网 中相当多的传输能力和 节点 缓冲器都用于这种无谓的重传，从而使通信子网的有效 吞吐量 下降。由此引起恶性循环，使 通信子网 的局部甚至全部处于 死锁 状态，最终导致网络有效 吞吐量 接近为零。（百度百科）
（自我理解）
当网络的吞吐量达到一定的限制后，会发生拥塞现象，那么此时发送的数据包会因为延迟无法到达接收端，因为超时重传机制所以发送端会重新发送数据包，那么网络带宽中本来就很拥塞，那么的话再发数据包就会更加拥塞，由此会形成恶性循环，如果不加控制的话，那么最终网络的有效吞吐量将接近为0.

2:拥塞中的相关概念

(1):cwnd
这个是一个发送方维护的一个状态变量，他会根据网络的拥塞程度动态变化。（刚开始的时候cwnd是不断增长的，直到遇到拥塞就会发生相应的调整）
发送窗口 swnd 和接收窗口 rwnd 是约等于的关系，那么由于加入了拥塞窗口的概念后，此时发送窗口的值是
swnd = min(cwnd, rwnd)，也就是拥塞窗口和接收窗口中的最小值。

3:如何知道网络中是否发生了拥塞

其实只要「发送方」没有在规定时间内接收到 ACK 应答报文，也就是发生了超时重传（快速重传），就会认为网络出现了用拥塞。

4:如何控制网络拥塞

(1):拥塞控制算法简介

拥塞控制的过程分为四个阶段：慢启动、拥塞避免、拥塞发生（快重传),快恢复

a:慢启动
慢启动阶段思路是不要一开始就发送大量的数据，先探测一下网络的拥塞程度，也就是说由小到大逐渐增加拥塞窗口的大小，在没有出现丢包时每收到一个 ACK 就将拥塞窗口大小加一（单位是 MSS，最大单个报文段长度），每轮次发送窗口增加一倍，呈指数增长，若出现丢包，则将拥塞窗口减半，进入拥塞避免阶段；
b:拥塞避免和快重传
当窗口达到慢启动阈值或出现丢包时，进入拥塞避免阶段，窗口每轮次加一，呈线性增长；当收到对一个报文的三个重复的 ACK 时，认为这个报文的下一个报文丢失了，进入快重传阶段，要求接收方在收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方，可提高网络吞吐量约20%）而不要等到自己发送数据时捎带确认；
c:快恢复
快重传完成后进入快恢复阶段，将慢启动阈值修改为当前拥塞窗口值的一半，同时拥塞窗口值等于慢启动阈值，然后进入拥塞避免阶段，重复上述过程

(2):慢启动

TCP 在刚建立连接完成后，首先是有个慢启动的过程，这个慢启动的意思就是一点一点的提高发送数据包的数量，如果一上来就发大量的数据，这不是给网络添堵吗？
慢启动的算法记住一个规则就行：当发送方每收到一个 ACK，拥塞窗口 cwnd 的大小就会加 1。
这里假定拥塞窗口 cwnd 和发送窗口 swnd 相等，下面举个栗子：

• 连接建立完成后，一开始初始化 cwnd = 1，表示可以传一个 MSS 大小的数据。

• 当收到一个 ACK 确认应答后，cwnd 增加 1，于是一次能够发送 2 个当收到 2 个的 ACK 确认应答后， cwnd 增加 2，于是就可以比之前多发2 个，所以这一次能够发送 4 个

• 当这 4 个的 ACK 确认到来的时候，每个确认 cwnd 增加 1， 4 个确认 cwnd 增加 4，于是就可以比之前多发 4 个，所以这一次能够发送 8 个。
  
  可以看出慢启动算法，发包的个数是指数性的增长。
  “ 那慢启动涨到什么时候是个头呢？
  ”
  有一个叫慢启动门限(慢启动阙值) ssthresh （slow start threshold）状态变量。
  当 cwnd < ssthresh 时，使用慢启动算法。当 cwnd >= ssthresh 时，就会使用「拥塞避免算法」

(3):拥塞避免算法

当拥塞窗口 cwnd 「超过」慢启动门限 ssthresh 就会进入拥塞避免算法。
一般来说 ssthresh 的大小是 65535 字节。
那么进入拥塞避免算法后，它的规则是：每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd

示例:
接上前面的慢启动的栗子，现假定 ssthresh 为 8：
当 8 个 ACK 应答确认到来时，每个确认增加 1/8，8 个 ACK 确认 cwnd 一共增加 1，于是这一次能够发送 9 个 MSS 大小的数据，变成了线性增长

所以，我们可以发现，拥塞避免算法就是将原本慢启动算法的指数增长变成了线性增长，还是增长阶段，但是增长速度缓慢了一些。
就这么一直增长着后，网络就会慢慢进入了拥塞的状况了，于是就会出现丢包现象，这时就需要对丢失的数据包进行重传。
当触发了重传机制，也就进入了「拥塞发生算法」。

(4):拥塞发生（快重传或超时重传）

「快速重传算法」。当接收方发现丢了一个中间包的时候，发送三次前一个包的 ACK，于是发送端就会快速地重传，不必等待超时再重传。
TCP 认为这种情况不严重，因为大部分没丢，只丢了一小部分，则 ssthresh 和 cwnd 变化如下：
cwnd = cwnd/2 ，也就是设置为原来的一半;
ssthresh = cwnd;进入快速恢复算法

(5):快速恢复

快速重传和快速恢复算法一般同时使用，快速恢复算法是认为，你还能收到 3 个重复 ACK 说明网络也不那么糟糕
正如前面所说，进入快速恢复之前，cwnd 和 ssthresh 已被更新了：
cwnd = cwnd/2 ，也就是设置为原来的一半;
ssthresh = cwnd;

然后，进入快速恢复算法如下：
拥塞窗口 cwnd = ssthresh + 3 （ 3 的意思是确认有 3 个数据包被收到了）；

• 重传丢失的数据包；

• 如果再收到重复的 ACK，那么 cwnd 增加 1；

• 如果收到新数据的 ACK 后，把 cwnd 设置为第一步中的 ssthresh 的值，原因是该 ACK 确认了新的数据，说明从 duplicated ACK 时的数据都已收到，该恢复过程已经结束，可以回到恢复之前的状态了，也即再次进入拥塞避免状态； （当重新接收到ACK的话说明传输数据包已经正常，那么就可以恢复到之前的状态拥塞状态）
  
  参考自