说说 TCP 的拥塞控制？

什么是拥塞控制？不是有了流量控制吗？

之前提到的流量控制是为了防止发送方的数据填满接收方的缓存，但它并不能感知整个网络的状态。

在计算机网络中，通常是共享的环境，因此可能会出现网络拥塞的情况，这是由于其他主机之间的通信导致的。

当网络出现拥塞时，继续发送大量数据包可能会导致延迟和丢包等问题。TCP协议会重传数据，但每次重传都会增加网络的负担，进而导致更大的延迟和丢包，形成恶性循环。

因此，TCP不能忽略整个网络中发生的情况，它被设计为一种无私的协议，当网络出现拥塞时，TCP会自我牺牲，降低发送的数据量。

这就是拥塞控制的概念，其目的是避免发送方的数据充满整个网络。

可以将其类比为水管，不能让过多的水（数据流）流入水管，如果超过水管的承受能力，水管就会爆裂（丢包）。

发送方会维护一个拥塞窗口（congestion window）的变量，用于调整要发送的数据量。

什么是拥塞窗口？它和发送窗口有什么关系？

拥塞窗口（cwnd）是发送方维护的一个状态变量，它会根据网络的拥塞程度进行动态调整。

发送窗口（swnd）和接收窗口（rwnd）大致相等，而引入拥塞窗口的概念后，发送窗口的大小将变为swnd = min(cwnd, rwnd)，即拥塞窗口和接收窗口中的最小值。

拥塞窗口（cwnd）的变化规则如下：

如果网络中没有出现拥塞，cwnd会增大；
一旦网络出现拥塞，cwnd会减小；

拥塞控制有哪些常用算法？

拥塞控制有几种常用的算法：

慢启动（Slow Start）
拥塞避免（Congestion Avoidance）
拥塞发生（Congestion Occurrence）
快速恢复（Fast Recovery）

慢启动算法

慢启动算法的思想是逐渐增加拥塞窗口的大小，以探测网络的拥塞程度。在TCP建立连接后，发送方开始时不会发送大量数据，而是先进行探测。对于每个收到的ACK，拥塞窗口cwnd的大小会增加1（以MSS为单位）。每个轮次中，发送窗口的大小会加倍，呈指数增长。如果没有出现丢包，发送窗口会持续增大；如果出现丢包，拥塞窗口会减半，然后进入拥塞避免阶段。

举个例子：

在建立连接后，初始化拥塞窗口cwnd为1，表示可以传输一个MSS大小的数据。
每收到一个ACK确认应答，cwnd增加1，因此一次可以发送2个MSS大小的数据。
当收到两个ACK确认应答时，cwnd增加2，因此可以比之前多发送2个，一次可以发送4个MSS大小的数据。
当这4个ACK确认到来时，每个ACK确认增加1，总共增加4，因此可以比之前多发送4个，一次可以发送8个MSS大小的数据。

可以看到，发送的数据包数量以指数形式增长。

为了防止cwnd增长过大导致网络拥塞，还引入了一个慢启动阈值（ssthresh）状态变量。当cwnd达到该阈值时，会减缓增长速度，进入拥塞避免算法。

拥塞避免算法

一般情况下，慢启动阈值（ssthresh）设为65535字节。当cwnd达到慢启动阈值后：

每收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd
每过一个往返时间（RTT），cwnd = cwnd + 1

可以看出，这是一种线性增长的算法，避免了过快增长导致网络拥塞的问题。

继续上面的慢启动例子，假设ssthresh为8：

当收到8个ACK确认应答时，每个确认增加1/8，总共增加1，因此可以发送9个MSS大小的数据，进入线性增长阶段。

拥塞发生

当网络发生拥塞导致丢包时，会出现两种情况：

超时重传（RTO Timeout）
快速重传（Fast Retransmit）

对于超时重传，会采用拥塞发生算法：

慢启动阈值ssthresh = cwnd/2
cwnd重置为1
进入新的慢启动过程

这种方式就像是高速驶入紧急刹车，然后急速倒车，有点不太优雅...

其实有更好的处理方式，即快速重传（Fast Retransmit）。当发送方收到3个连续的重复ACK时，会快速重传，而不必等待RTO超时再重传。

在快速重传发生后的拥塞发生算法中：

拥塞窗口大小cwnd = cwnd/2
慢启动阈值ssthresh = cwnd
进入快速恢复算法

快速恢复

快速重传和快速恢复算法通常同时使用。快速恢复算法认为，收到3个重复的ACK说明网络并不是很糟糕，所以不必像RTO超时那样强烈地回退。

在快速重传后，cwnd和ssthresh已经被更新为：

cwnd = cwnd/2
ssthresh = cwnd

然后进入快速恢复算法：

cwnd = ssthresh + 3
重传丢失的那几个数据包（对应重复的ACK）
如果再收到重复的ACK，cwnd = cwnd + 1
如果收到新数据的ACK，cwnd = ssthresh。因为收到新数据的ACK表示恢复过程已经结束，可以重新进入拥塞避免算法。

说说 TCP 的拥塞控制？