TCP的拥塞算法

#网络 #TCP #面试

1. 两个核心变量

• cwnd（拥塞窗口）：发送方根据网络状况动态调整的发送窗口，控制每次能发多少数据
• ssthresh（慢开始门限）：区分慢开始和拥塞避免两种算法的阈值

两者的关系决定使用哪种算法：

2. 慢开始

名字叫"慢开始"，其实增长很快——每收到一个 ACK，cwnd +1，每经过一个 RTT，cwnd 翻倍，是指数增长。

cwnd 变化：1 → 2 → 4 → 8 → 16 ...

"慢"指的是初始 cwnd 从 1 开始，而不是增长慢。

3. 拥塞避免

当 cwnd 增长到 ssthresh 时，切换为拥塞避免算法：每经过一个 RTT，cwnd 线性 +1，增长变缓，探测网络是否还有余量。

cwnd 变化：16 → 17 → 18 → 19 → 20 ...（假设 ssthresh=16）

4. 超时重传：严重拥塞的处理

如果发送方等待 ACK 超时，说明网络可能发生了严重拥塞，处理方式最激进：

1. ssthresh = cwnd / 2（减半）
2. cwnd 归 1
3. 重新执行慢开始算法

假设 cwnd=24 时超时：
ssthresh = 24 / 2 = 12
cwnd = 1，重新慢开始

5. 快重传

超时重传的问题：超时等待时间较长，吞吐量下降明显。但很多时候丢包只是偶发的，并不代表网络真的拥塞。

快重传的触发条件：收到 3 个连续的重复 ACK（即接收方连续三次确认同一个序号），发送方立刻重传对应报文段，不等超时。

接收方收到乱序报文时，会立即发送重复 ACK 告知发送方期望的序号。连续 3 个重复 ACK 说明后续包到了但中间某个包丢了，大概率是偶发丢包而非拥塞。

6. 快恢复

快重传之后配合快恢复，不像超时重传那样把 cwnd 归 1：

1. ssthresh = cwnd / 2（减半）
2. cwnd = ssthresh（直接降到新门限，而不是归 1）
3. 执行拥塞避免算法（线性增长）

假设 cwnd=24 时收到 3 个重复 ACK：
ssthresh = 24 / 2 = 12
cwnd = 12，直接进入拥塞避免

相比超时重传，快恢复保留了更大的 cwnd，恢复速度快得多。

7. 两种丢包处理对比

8. 完整流程

flowchart TD
    A["cwnd=1，慢开始"] --> B{"cwnd >= ssthresh?"}
    B -- 否 --> C["cwnd 指数增长
每 RTT 翻倍"]
    C --> B
    B -- 是 --> D["拥塞避免
每 RTT +1"]
    D --> E{"丢包类型?"}
    E -- "超时重传
（严重拥塞）" --> F["ssthresh=cwnd/2
cwnd=1"]
    F --> A
    E -- "3个重复ACK
（偶发丢包）" --> G["快重传：立即重传
快恢复：ssthresh=cwnd/2
cwnd=ssthresh"]
    G --> D