TCP的擁塞控制是如何實(shí)現(xiàn)的？
面試官：請(qǐng)說一下，TCP的擁塞控制是如何實(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般都處在一個(gè)共享的環(huán)境，因此也有可能會(huì)因?yàn)槠渌鳈C(jī)之間的通信使得網(wǎng)絡(luò)擁堵。在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵時(shí)，如果繼續(xù)發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失或者時(shí)延增大，這時(shí)TCP就會(huì)重傳數(shù)據(jù)，而一重傳就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)更重，于是會(huì)導(dǎo)致更大的延遲和更多的丟包。
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TCP的擁塞控制機(jī)制可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)鏈路的實(shí)時(shí)狀態(tài)，自動(dòng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)。
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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(píng)估網(wǎng)絡(luò)鏈路的擁塞程度，并由一定的算法計(jì)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。
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TCP通過慢啟動(dòng)、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。
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1、慢啟動(dòng)
TCP連接剛建立時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈路的運(yùn)行狀況一無所知，慢啟動(dòng)就是TCP啟動(dòng)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。
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慢啟動(dòng)算法將擁塞窗口cwnd初始化為1，然后每收到一個(gè)ACK，cwnd就會(huì)加 1，假設(shè)每個(gè)報(bào)文段都會(huì)回復(fù)ACK確認(rèn)，在沒有丟包的情況下，第一個(gè)分組被確認(rèn)后，cwnd就變成了2，接下來，TCP可以發(fā)送2個(gè)報(bào)文段。如果這2個(gè)報(bào)文段均順利送到，可以收到2個(gè)ACK確認(rèn)，cwnd增大到 4，以此類推。因此，慢啟動(dòng)期間cwnd是呈指數(shù)增長(zhǎng)的。
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2、擁塞避免
當(dāng)cwnd超過慢啟動(dòng)門限ssthresh時(shí)就會(huì)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(shí)可以發(fā)出k個(gè)報(bào)文段。當(dāng)這k個(gè)報(bào)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(zhǎng)的。
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3、擁塞發(fā)生
進(jìn)入擁塞避免階段后，窗口保持緩慢增長(zhǎng)，當(dāng)遇到網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)送丟包時(shí)，TCP就會(huì)進(jìn)行重傳。如果是發(fā)生超時(shí)重傳，慢啟動(dòng)門限ssthresh會(huì)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(dòng)過程。如果是發(fā)生快速重傳（重復(fù)ACK），ssthresh和cwnd都會(huì)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。
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4、快速恢復(fù)
在快速恢復(fù)階段，發(fā)送方會(huì)重傳丟失的數(shù)據(jù)包，此時(shí)發(fā)送方已收到了3個(gè)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(dòng)門限ssthresh值，然后再次進(jìn)入到擁塞避免階段。
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