原文：【圖解】你還在為 TCP 重傳、滑動窗口、流量控制、擁塞控制發愁嗎？看完圖解就不愁了
作者：小林coding
擁塞控制
為什么要有擁塞控制呀，不是有流量控制了嗎？
前面的流量控制是避免「發送方」的數據填滿「接收方」的緩存，但是並不知道網絡的中發生了什么。
一般來說，計算機網絡都處在一個共享的環境。因此也有可能會因為其他主機之間的通信使得網絡擁堵。
在網絡出現擁堵時，如果繼續發送大量數據包，可能會導致數據包時延、丟失等，這時 TCP 就會重傳數據，但是一重傳就會導致網絡的負擔更重，於是會導致更大的延遲以及更多的丟包，這個情況就會進入惡性循環被不斷地放大….
所以，TCP 不能忽略網絡上發生的事，它被設計成一個無私的協議，當網絡發送擁塞時，TCP 會自我犧牲，降低發送的數據量。
於是，就有了擁塞控制，控制的目的就是避免「發送方」的數據填滿整個網絡。
為了在「發送方」調節所要發送數據的量，定義了一個叫做「擁塞窗口」的概念。
什么是擁塞窗口？和發送窗口有什么關系呢？
擁塞窗口 cwnd是發送方維護的一個 的狀態變量，它會根據網絡的擁塞程度動態變化的。
我們在前面提到過發送窗口 swnd 和接收窗口 rwnd 是約等於的關系，那么由於入了擁塞窗口的概念后，此時發送窗口的值是swnd = min(cwnd, rwnd)，也就是擁塞窗口和接收窗口中的最小值。
擁塞窗口 cwnd 變化的規則：
- 只要網絡中沒有出現擁塞，
cwnd就會增大； - 但網絡中出現了擁塞，
cwnd就減少；
那么怎么知道當前網絡是否出現了擁塞呢？
其實只要「發送方」沒有在規定時間內接收到 ACK 應答報文，也就是發生了超時重傳，就會認為網絡出現了用擁塞。
擁塞控制有哪些控制算法？
擁塞控制主要是四個算法：
- 慢啟動
- 擁塞避免
- 擁塞發生
- 快速恢復
慢啟動
TCP 在剛建立連接完成后，首先是有個慢啟動的過程，這個慢啟動的意思就是一點一點的提高發送數據包的數量，如果一上來就發大量的數據，這不是給網絡添堵嗎？
慢啟動的算法記住一個規則就行：當發送方每收到一個 ACK，就擁塞窗口 cwnd 的大小就會加 1。
這里假定擁塞窗口 cwnd 和發送窗口 swnd 相等，下面舉個栗子：
- 連接建立完成后，一開始初始化
cwnd = 1，表示可以傳一個MSS大小的數據。 - 當收到一個 ACK 確認應答后，cwnd 增加 1，於是一次能夠發送 2 個
- 當收到 2 個的 ACK 確認應答后， cwnd 增加 2，於是就可以比之前多發2 個，所以這一次能夠發送 4 個
- 當這 4 個的 ACK 確認到來的時候，每個確認 cwnd 增加 1， 4 個確認 cwnd 增加 4，於是就可以比之前多發 4 個，所以這一次能夠發送 8 個。
可以看出慢啟動算法，發包的個數是指數性的增長。
那慢啟動漲到什么時候是個頭呢？
有一個叫慢啟動門限 ssthresh （slow start threshold）狀態變量。
- 當
cwnd<ssthresh時，使用慢啟動算法。 - 當
cwnd>=ssthresh時，就會使用「擁塞避免算法」。
擁塞避免算法
前面說道，當擁塞窗口 cwnd 「超過」慢啟動門限 ssthresh 就會進入擁塞避免算法。
一般來說 ssthresh 的大小是 65535 字節。
那么進入擁塞避免算法后，它的規則是：每當收到一個 ACK 時，cwnd 增加 1/cwnd。
接上前面的慢啟動的栗子，現假定 ssthresh 為 8：
- 當 8 個 ACK 應答確認到來時，每個確認增加 1/8，8 個 ACK 確認 cwnd 一共增加 1，於是這一次能夠發送 9 個
MSS大小的數據，變成了線性增長。
所以，我們可以發現，擁塞避免算法就是將原本慢啟動算法的指數增長變成了線性增長，還是增長階段，但是增長速度緩慢了一些。
就這么一直增長着后，網絡就會慢慢進入了擁塞的狀況了，於是就會出現丟包現象，這時就需要對丟失的數據包進行重傳。
當觸發了重傳機制，也就進入了「擁塞發生算法」。
擁塞發生
當網絡出現擁塞，也就是會發生數據包重傳，重傳機制主要有兩種：
- 超時重傳
- 快速重傳
這兩種使用的擁塞發送算法是不同的，接下來分別來說說。
發生超時重傳的擁塞發生算法
當發生了「超時重傳」，則就會使用擁塞發生算法。
這個時候，sshresh 和 cwnd 的值會發生變化：
ssthresh設為cwnd/2，cwnd重置為1
接着，就重新開始慢啟動，慢啟動是會突然減少數據流的。這真是一旦「超時重傳」，馬上回到解放前。但是這種方式太激進了，反應也很強烈，會造成網絡卡頓。
就好像本來在秋名山高速漂移着，突然來個緊急剎車，輪胎受得了嗎。。。
發生快速重傳的擁塞發生算法
還有更好的方式，前面我們講過「快速重傳算法」。當接收方發現丟了一個中間包的時候，發送三次前一個包的 ACK，於是發送端就會快速地重傳，不必等待超時再重傳。
TCP 認為這種情況不嚴重，因為大部分沒丟，只丟了一小部分，則 ssthresh 和 cwnd 變化如下：
cwnd = cwnd/2，也就是設置為原來的一半;ssthresh = cwnd;- 進入快速恢復算法
快速恢復
快速重傳和快速恢復算法一般同時使用，快速恢復算法是認為，你還能收到 3 個重復 ACK 說明網絡也不那么糟糕，所以沒有必要像 RTO 超時那么強烈。
正如前面所說，進入快速恢復之前，cwnd 和 ssthresh 已被更新了：
cwnd = cwnd/2，也就是設置為原來的一半;ssthresh = cwnd;
然后，進入快速恢復算法如下：
- 擁塞窗口
cwnd = ssthresh + 3（ 3 的意思是確認有 3 個數據包被收到了） - 重傳丟失的數據包
- 如果再收到重復的 ACK，那么 cwnd 增加 1
- 如果收到新數據的 ACK 后，設置 cwnd 為 ssthresh，接着就進入了擁塞避免算法
也就是沒有像「超時重傳」一夜回到解放前，而是還在比較高的值，后續呈線性增長。
擁塞算法示意圖
好了，以上就是擁塞控制的全部內容了，看完后，你再來看下面這張圖片，每個過程我相信你都能明白：
