引言

TCP（傳輸控制協(xié)議）是互聯(lián)網(wǎng)上最常見的傳輸協(xié)議。它是一種面向連接的傳輸協(xié)議，保證了數(shù)據(jù)在發(fā)送端和接收端之間可靠地傳輸。為了確保網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行，TCP使用了一種稱為擁塞控制的機(jī)制。

什么是擁塞控制？

擁塞控制是在網(wǎng)絡(luò)中防止擁塞的一種機(jī)制。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)量超過其處理能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生擁塞。這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失、延遲增加以及網(wǎng)絡(luò)性能下降。

TCP擁塞控制方法

TCP使用了多種擁塞控制方法來防止擁塞：

慢啟動(dòng)

在連接建立之初，TCP使用慢啟動(dòng)算法。它從發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包開始，然后逐漸增加發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值。如果在慢啟動(dòng)期間發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失，TCP將重新進(jìn)入慢啟動(dòng)階段，從發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包開始。

擁塞避免

一旦慢啟動(dòng)階段結(jié)束，TCP將進(jìn)入擁塞避免階段。在這個(gè)階段，TCP緩慢地增加發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量，同時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀況。如果發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失，TCP將認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擁塞，并減少發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量。

快速重傳

如果TCP檢測到連續(xù)三次重復(fù) ACK（確認(rèn)），它將認(rèn)為發(fā)生了數(shù)據(jù)包丟失，并快速重傳丟失的數(shù)據(jù)包。這有助于在擁塞發(fā)生之前恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。

快速恢復(fù)

快速恢復(fù)是快速重傳的擴(kuò)展。當(dāng)TCP檢測到三個(gè)重復(fù) ACK 時(shí)，它將進(jìn)入快速恢復(fù)階段。在這個(gè)階段，TCP將發(fā)送一個(gè)探測數(shù)據(jù)包來測試網(wǎng)絡(luò)狀況。如果探測數(shù)據(jù)包沒有丟失，TCP將加快數(shù)據(jù)包的發(fā)送速度。

TCP擁塞控制的優(yōu)點(diǎn)

TCP擁塞控制提供了許多優(yōu)點(diǎn)，包括：防止擁塞：TCP擁塞控制有助于防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行。公平性：TCP擁塞控制機(jī)制確保了所有主機(jī)都能公平地使用網(wǎng)絡(luò)帶寬。可靠性：TCP擁塞控制有助于保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑴p少數(shù)據(jù)包丟失和延遲。效率：TCP擁塞控制機(jī)制優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用，提高了網(wǎng)絡(luò)效率。

結(jié)論

TCP擁塞控制是一種至關(guān)重要的機(jī)制，有助于保持網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行。通過防止擁塞、確保公平性、提高可靠性和效率，TCP擁塞控制使互聯(lián)網(wǎng)能夠高效可靠地傳輸數(shù)據(jù)。

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TCP的擁塞控制

為了防止發(fā)送數(shù)據(jù)過多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，TCP設(shè)計(jì)了擁塞控制機(jī)制。 這個(gè)機(jī)制的核心是擁塞窗口cwnd，它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)量，通過算法來控制數(shù)據(jù)注入。 發(fā)送速率實(shí)際上受發(fā)送窗口（min(cwnd,接收窗口））限制。 TCP啟動(dòng)時(shí)采用慢啟動(dòng)策略，逐漸增加數(shù)據(jù)包發(fā)送，每收到一個(gè)ACK，cwnd就遞增1，直到達(dá)到慢啟動(dòng)閾值ssthresh。 進(jìn)入擁塞避免階段后，cwnd的增長變?yōu)榫€性，直到網(wǎng)絡(luò)擁堵，觸發(fā)重傳機(jī)制，進(jìn)入“擁塞發(fā)生算法”。 當(dāng)重傳出現(xiàn)，TCP會(huì)區(qū)分超時(shí)重傳和快速重傳。 超時(shí)重傳是基于時(shí)間的，當(dāng)兩次超時(shí)未收到ACK，cwnd會(huì)回到慢啟動(dòng)，ssthresh和cwnd值會(huì)調(diào)整。 快速重傳則是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，三個(gè)相同ACK后立即重傳，此時(shí)ssthresh和cwnd的處理有所不同。 快速恢復(fù)算法是優(yōu)化后的擁塞發(fā)生后的處理，它首先減小cwnd來緩解擁塞，然后通過逐漸增加來發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)，最終目標(biāo)是恢復(fù)到正常傳輸。 不同版本的TCP如Reno有各自的優(yōu)化，快速恢復(fù)失敗則會(huì)回到慢啟動(dòng)。

tcp如何實(shí)現(xiàn)擁塞控制

TCP擁塞控制是傳輸控制協(xié)議（英語：Transmission Control Protocol，縮寫TCP）避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的算法，是互聯(lián)網(wǎng)上主要的一個(gè)擁塞控制措施。 它使用一套基于線增積減模式的多樣化網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法（包括慢啟動(dòng)和擁塞窗口等模式）來控制擁塞。 在互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用中有相當(dāng)多的具體實(shí)現(xiàn)算法。 在TCP中，擁塞窗口（congestion window）是任何時(shí)刻內(nèi)確定能被發(fā)送出去的字節(jié)數(shù)的控制因素之一，是阻止發(fā)送方至接收方之間的鏈路變得擁塞的手段。 他是由發(fā)送方維護(hù)，通過估計(jì)鏈路的擁塞程度計(jì)算出來的，與由接收方維護(hù)的接收窗口大小并不沖突。 1、慢開始算法：簡單的說，開始傳輸時(shí)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由小到大遞增到一個(gè)值(即發(fā)送窗口由小到大(指數(shù)增長)逐漸增大到擁塞窗口的數(shù)值)。 2、擁塞避免算法：數(shù)據(jù)發(fā)送出去，并發(fā)到接收方發(fā)回來的確認(rèn)收到，擁塞窗口每次值加1地線性增大。 3、快重傳算法：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)(數(shù)據(jù)被分成報(bào)文，每個(gè)報(bào)文都有個(gè)序號(hào))，中間的一部分丟失接收方?jīng)]收到，接收方連續(xù)接到后面的數(shù)據(jù)，則發(fā)回對(duì)丟失前的數(shù)據(jù)的重復(fù)確認(rèn)，這樣發(fā)送方就知道有部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失了，于是從丟失出重傳數(shù)據(jù)。 4、快恢復(fù)算法：快恢復(fù)是與快重傳配合的算法，在發(fā)生數(shù)據(jù)丟失時(shí)，發(fā)送方收到接收方發(fā)回的三個(gè)重復(fù)確認(rèn)信息時(shí)，就把每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量減為原來的一半，擁塞窗口也修改為這個(gè)值,然后又開始擁塞避免的算法。

TCP擁塞控制四種算法

TCP擁塞控制算法旨在確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，防止因發(fā)送速率過快導(dǎo)致的擁塞。 其核心是通過維護(hù)發(fā)送方的擁塞窗口（cwnd）狀態(tài)變量來控制數(shù)據(jù)傳輸速率。 慢開始策略初始時(shí)，cwnd設(shè)置為1，每次收到確認(rèn)后，cwnd會(huì)成倍增加，直到達(dá)到某個(gè)門限ssthresh。 然而，一旦cwnd超過ssthresh，就進(jìn)入擁塞避免階段，此時(shí)cwnd的增長速度減緩，每一步僅增加1，以避免快速導(dǎo)致?lián)砣? 如果出現(xiàn)超時(shí)，ssthresh會(huì)被調(diào)整為當(dāng)前cwnd的一半，并重新執(zhí)行慢開始。 快重傳機(jī)制在接收方連續(xù)收到三次相同的確認(rèn)時(shí)啟動(dòng)，發(fā)送方快速重傳丟失的報(bào)文段，而無需執(zhí)行慢開始，僅將cwnd設(shè)置為門限的一半進(jìn)行調(diào)整。 快恢復(fù)策略則是針對(duì)快重傳的特殊情況，即使報(bào)文段丟失，發(fā)送方也不立即開始慢開始，而是將cwnd設(shè)置為門限的一半，然后逐步增加。 這種方式旨在減少擁塞發(fā)生的可能性。 總的來說，慢開始和擁塞避免是預(yù)防策略，而快重傳與快恢復(fù)是應(yīng)對(duì)策略。 它們通過動(dòng)態(tài)調(diào)整cwnd，確保在數(shù)據(jù)傳輸過程中，即使遇到擁塞，也能快速恢復(fù)并維持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

TCP有哪些擁塞控制機(jī)制？

在TCP傳輸中，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，通常會(huì)采取以下措施：確認(rèn)擁塞、慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳、流量控制。

1、確認(rèn)擁塞

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，路由器或交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)特殊的信號(hào)，稱為“擁塞通知”。 這個(gè)信號(hào)告訴發(fā)送方，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擁塞，需要減慢發(fā)送速率。

2、慢啟動(dòng)

TCP協(xié)議有一個(gè)慢啟動(dòng)算法，當(dāng)出現(xiàn)擁塞時(shí)，發(fā)送方會(huì)首先暫停發(fā)送數(shù)據(jù)，等待擁塞通知。 然后，發(fā)送方會(huì)以指數(shù)方式遞增發(fā)送速率，直到再次出現(xiàn)擁塞為止。

3、擁塞避免

當(dāng)慢啟動(dòng)失敗時(shí)，TCP協(xié)議會(huì)進(jìn)入擁塞避免階段。 在這個(gè)階段，發(fā)送方會(huì)以線性方式增加發(fā)送速率，而不是指數(shù)方式。 同時(shí)，如果再次出現(xiàn)擁塞，發(fā)送方會(huì)減半發(fā)送速率。

4、快速重傳

在某些情況下，接收方可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因無法及時(shí)收到數(shù)據(jù)包。 此時(shí)，TCP協(xié)議有一個(gè)快速重傳機(jī)制，即當(dāng)接收方?jīng)]有收到某個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)立即向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)“重傳請(qǐng)求”。 發(fā)送方在收到重傳請(qǐng)求后，會(huì)立即重傳丟失的數(shù)據(jù)包。

5、流量控制

TCP協(xié)議還支持流量控制功能，即接收方可以通知發(fā)送方自己的接收能力。 這樣，發(fā)送方就可以根據(jù)接收方的能力調(diào)整自己的發(fā)送速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。

TCP的擁塞避免

TCP在數(shù)據(jù)傳輸中，通過精密的擁塞控制機(jī)制來保障網(wǎng)絡(luò)流暢。 發(fā)送窗口受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和接收窗口影響，尤其前者更為關(guān)鍵。 網(wǎng)絡(luò)中的擁塞可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，TCP需要通過算法巧妙地防止觸碰這個(gè)動(dòng)態(tài)變化的擁塞點(diǎn)。 首先，慢啟動(dòng)算法啟動(dòng)時(shí)設(shè)定一個(gè)擁塞窗口（cwnd），其值在每個(gè)往返時(shí)間（RTT）結(jié)束后翻倍。 初始cwnd值通常是10個(gè)MSS，隨著收到ACK，窗口擴(kuò)大，呈指數(shù)增長。 然而，一旦達(dá)到慢啟動(dòng)閾值（ssthresh），就會(huì)切換至擁塞避免算法，以線性方式增長。 快速重傳算法在輕微擁塞時(shí)發(fā)揮作用，接收方在接收到亂序或重復(fù)的包時(shí)，通過發(fā)送確認(rèn)快速提示發(fā)送方重傳丟失的數(shù)據(jù)。 而快速恢復(fù)則針對(duì)快速重傳后的處理，設(shè)置新的ssthresh和cwnd值，以快速恢復(fù)正常傳輸。 然而，超時(shí)重傳帶來的問題是顯著的，它會(huì)暫停數(shù)據(jù)傳輸并導(dǎo)致?lián)砣翱隗E減，因此應(yīng)盡量避免。 此外，對(duì)于小文件，由于可能無法觸發(fā)三次重復(fù)的ACK，快速重傳機(jī)制效果不明顯，因此丟包對(duì)小文件的影響更嚴(yán)重。 總的來說，TCP的擁塞避免策略旨在通過精細(xì)的調(diào)整，確保在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中維持高效且穩(wěn)定的通信。

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相關(guān)標(biāo)簽： 保持網(wǎng)絡(luò)流暢的算法、 TCP擁塞控制、 tcp擁塞控制方法、

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