面試官：請說一下，TCP的擁塞控制是如何實現(xiàn)的？

流量控制是避免發(fā)送方的數(shù)據(jù)填滿接收方的緩存。但計算機網(wǎng)絡(luò)一般都處在一個共享的環(huán)境，因此也有可能會因為其他主機之間的通信使得網(wǎng)絡(luò)擁堵。在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵時，如果繼續(xù)發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失或者時延增大，這時TCP就會重傳數(shù)據(jù)，而一重傳就會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)更重，于是會導(dǎo)致更大的延遲和更多的丟包。

圖片

圖片

圖片

TCP的擁塞控制機制可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)鏈路的實時狀態(tài)，自動調(diào)整發(fā)送速度，降低發(fā)送的數(shù)據(jù)量，從而避免發(fā)送方的數(shù)據(jù)填滿整個網(wǎng)絡(luò)。

圖片

圖片

圖片

TCP通過擁塞窗口來約束發(fā)送速度，擁塞窗口跟接收窗口類似，同樣規(guī)定了發(fā)送方此刻能夠發(fā)送出去的字節(jié)數(shù)，只不過它是通過評估網(wǎng)絡(luò)鏈路的擁塞程度，并由一定的算法計算而來的。發(fā)送方的發(fā)送窗口大小由接收窗口和擁塞窗口共同決定，取擁塞窗口和接收窗口中的最小值。

圖片

TCP通過慢啟動、擁塞避免、擁塞發(fā)生和快速恢復(fù)四種算法來進(jìn)行擁塞控制。

圖片

1、慢啟動

TCP連接剛建立時，對網(wǎng)絡(luò)鏈路的運行狀況一無所知，慢啟動就是TCP啟動后的發(fā)送速度慢慢的進(jìn)行提速，便于感知網(wǎng)絡(luò)的狀況。

圖片

慢啟動算法將擁塞窗口cwnd初始化為1，然后每收到一個ACK，cwnd就會加 1，假設(shè)每個報文段都會回復(fù)ACK確認(rèn)，在沒有丟包的情況下，第一個分組被確認(rèn)后，cwnd就變成了2，接下來，TCP可以發(fā)送2個報文段。如果這2個報文段均順利送到，可以收到2個ACK確認(rèn)，cwnd增大到 4，以此類推。因此，慢啟動期間cwnd是呈指數(shù)增長的。

圖片

圖片

2、擁塞避免

當(dāng)cwnd超過慢啟動門限ssthresh時就會進(jìn)入擁塞避免算法。在擁塞避免階段，TCP以更慢的速度擴(kuò)張擁塞窗口，每當(dāng)成功發(fā)送跟擁塞窗口大小等量的數(shù)據(jù)并收到ACK確認(rèn)后，cwnd就加1。例如，假設(shè)當(dāng)前擁塞窗口大小為k，這時可以發(fā)出k個報文段。當(dāng)這k個報文段均發(fā)出并收到確認(rèn)后，才給cwnd加1，所以擁塞避免階段，cwnd是呈線性增長的。

圖片

圖片

3、擁塞發(fā)生

進(jìn)入擁塞避免階段后，窗口保持緩慢增長，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)送丟包時，TCP就會進(jìn)行重傳。如果是發(fā)生超時重傳，慢啟動門限ssthresh會被設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口值的一半，cwnd恢復(fù)為初始化值1，然后重新開始前面的慢啟動過程。如果是發(fā)生快速重傳（重復(fù)ACK），ssthresh和cwnd都會變?yōu)楫?dāng)前擁塞窗口值的一半，然后進(jìn)入到快速恢復(fù)階段。

圖片

圖片

圖片

圖片

4、快速恢復(fù)

在快速恢復(fù)階段，發(fā)送方會重傳丟失的數(shù)據(jù)包，此時發(fā)送方已收到了3個重復(fù)的ACK，所以cwnd加3，如果再收到重復(fù)的 ACK，那么cwnd增加 1，如果收到新的ACK，表明重傳的包成功了，將cwnd設(shè)置為當(dāng)前的慢啟動門限ssthresh值，然后再次進(jìn)入到擁塞避免階段。

圖片