TCP 拥塞控制步骤详解

TCP拥塞控制通过动态调整拥塞窗口（cwnd）来适应网络状况，避免数据过载。其核心步骤可分为以下几个阶段：

1. 慢启动（Slow Start）

• 目的：初始阶段探测可用带宽，快速提升发送速率。
• 规则：
  • 初始拥塞窗口（cwnd）通常为1个MSS（最大报文段大小）。
  • 每收到一个ACK，cwnd增加1个MSS（指数增长，每个RTT窗口翻倍）。
  • 当cwnd达到慢启动阈值（ssthresh）时，进入拥塞避免阶段。
  • 若检测到丢包（超时或重复ACK），退出慢启动：
    • 将ssthresh更新为当前cwnd的一半（至少2个MSS）。
    • 根据丢包类型决定后续操作（见步骤3、4）。

2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）

• 目的：谨慎增加窗口，避免触发拥塞。
• 规则：
  • 每收到一个ACK，cwnd增加 ( \frac{1}{cwnd} ) 个MSS（线性增长，每个RTT窗口增加1个MSS）。
  • 持续探测带宽，直到检测到丢包。
  • 若发生丢包：
    • 调整ssthresh为当前cwnd的一半。
    • 根据丢包类型处理（见步骤3、4）。

3. 超时重传（处理严重拥塞）

• 触发条件：数据包超时未收到ACK（表明网络拥塞严重）。
• 操作：
  • 将cwnd重置为1个MSS，重新进入慢启动阶段。
  • 更新ssthresh为超时前cwnd的一半。

4. 快速重传与快速恢复（处理轻微拥塞）

• 触发条件：收到3个重复ACK（表明部分数据包丢失，但网络仍有吞吐能力）。
• 操作：
  1. 快速重传：立即重传丢失的报文，无需等待超时。
  2. 快速恢复：
     • 更新ssthresh为当前cwnd的一半。
     • 将cwnd设为 ( ssthresh + 3 )（补偿已确认的3个重复ACK）。
     • 每收到一个重复ACK，cwnd增加1个MSS。
     • 当收到新数据的ACK：将cwnd设为ssthresh，进入拥塞避免阶段。

总结流程

1. 初始阶段为慢启动，cwnd指数增长至ssthresh。
2. 达到ssthresh后转为拥塞避免，cwnd线性增长。
3. 丢包时：
   • 超时：cwnd=1，ssthresh=cwnd/2，重启慢启动。
   • 3个重复ACK：快速重传，进入快速恢复，调整ssthresh和cwnd后进入拥塞避免。

关键点

• ssthresh：动态阈值，决定慢启动与拥塞避免的切换。
• Reno vs Tahoe：Tahoe在丢包时无论类型均重置cwnd=1；Reno引入快速恢复，减少性能波动。
• 公平性：通过AIMD（加性增、乘性减）平衡不同连接的带宽竞争。

这一机制使得TCP能够在高效利用带宽的同时，主动适应网络变化，维持全局稳定性。