拥塞现象是指对某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，使网络性能变坏。
首先要说明对于拥塞的判断基于两点
1.重传定时器超时
2.收到3个重复的ACK（个别报文段在网络中丢失，预示可能会出现拥塞）

拥塞控制是防止过多的数据注入到网络中，使网络中的路由器或链路不致过载
TCP采用基于窗口的方法进行拥塞控制。
TCP拥塞控制算法可以分为四种，分别用于数据传输的不同阶段：
1.慢开始
2.拥塞避免
3.快重传
4.快恢复

先放上一个过程举例，在最后会讲到

慢开始：

用来确定网络的负载能力。

思路：由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。

初始拥塞窗口cwnd设置：新的RFC 5681把初始拥塞窗口cwnd设置为不超过2至4个最大报文段SMSS数值的大小。

慢开始门限ssthresh（状态变量）：防止拥塞窗口cwnd增长过大引起网络拥塞，是cwnd增长的上限，可以随着时间的变化而变化。

当我们发送的报文段的数量达到了慢开始门限ssthresh之后，就会由慢开始状态转入到拥塞避免状态。即：
•cwnd < ssthresh 使用慢开始算法
•cwnd > ssthresh 停止使用慢开始算法，改用拥塞避免算法
•cwnd = ssthresh 可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法

拥塞窗口cwnd控制方法：在每收到一个对新的报文段的确认ACK时，实际上表明我们现在的网络状况是良好的，所有资源是够用的，那么可以把拥塞窗口增加最多一个SMSS的数值。
举例：
初始cwnd=1，发送方发送一个报文段M1，接收方收到后发送对M1的确认；发送方收到一个确认后，cwnd+1=2，之后发送两个报文段M2-M3，之后收到接收方发来的2个对报文段的确认后，cwnd+2=4，之后发送4个报文段M4-M7，之后收到接收方发来的4个对报文段的确认后，cwnd+4=8，以此类推。
意味着每经过一个传输轮次，拥塞窗口就加倍。（一个传输轮次所经历的时间是往返时间RTT）

在达到慢开始门限之前，发送方所能够发送的分组数是以指数级来增长的。既然是指数级增长，那么这意味着慢开始的过程并不慢，实际上指的是一开始的分组数量比较少，可以防止过多的分组短时间内传输到网络上导致拥塞。

拥塞避免：

拥塞避免并不是完全避免拥塞，而是让拥塞来得慢一些。

思路：当传输的报文数量达到上限ssthresh后，让拥塞窗口cwnd按线性规律缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的cwdn加1，而非加倍。

而线性的增长也迟早会达到拥塞的程度。

当网络出现拥塞时：
无论是慢开始阶段，还是拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（重传定时器超时）：
•ssthresh=max(cwnd/2,2)
•cwnd=1
•执行慢开始算法（进入慢开始阶段）
目的是迅速减少主机发送到网络中的分组数，使发送拥塞的路由器有足够时间处理早队列中积压的分组。

快重传和快恢复：

快重传和快恢复的目的，是为了防止因为报文段丢失重新进入慢开始的过程。基本的判断方式是是否连续3次收到对同一个报文的ACK。
当收到3个重复的ACK，意味着我们对同一个报文重传了3次，并且对这3次都进行了确认。但这个时刻并不意味着发生了拥塞，所以要防止重新进入到慢开始阶段。

快重传：

可以让发送方尽快知道发生了个别报文段的丢失。
举例：
发送方发送M1数据报文段，接收方收到后发送对M1的确认；在确认M1到达前，发送方发送M2数据报文段，接收方收到后发送对M2的确认；在确认M2到达前，发送方发送M3数据报文段。
若M3在传输过程中丢失，接收方未收到M3，便也不会发送对M3的确认；此时发送方继续发送M4，接收方收到后，发现数据报文段并非按序到达，便发送针对M2的重复确认，表明我希望收到M3；此后发送方继续发送M5和M6数据报文段，接收方收到M5，M6，会第2次和第3次发送对M2的重复确认。这时发送方收到了3个连续的对M2的重复确认，便立即重传M3。
由于发送方收到3个重复的ACK，便知道只是丢失了个别报文段，认为网络很可能没有发生拥塞，因此不启动慢开始算法，而执行快恢复算法。

快恢复：

•慢开始门限ssthresh = 当前拥塞窗口cwnd / 2
•新拥塞窗口cwnd = 慢开始门限ssthresh
•开始执行拥塞避免算法，是拥塞窗口cwnd缓慢地线性增大

回到举例的这个过程（例子中忽略接收窗口值，若考虑接收窗口值，则有发送窗口=min[拥塞窗口，接收窗口]）

横坐标是传输轮次。
首先在TCP连接进行初始化时，将拥塞窗口置为1，慢开始门限值置为16个报文段，发送端的发送窗口不能超过cwnd和接收端窗口rwnd中的最小值。我们假定接收端窗口足够大，因此现在发送窗口的数值等于cwnd数值。
在执行慢开始算法时，cwnd=1，发送第一个报文段，之后cwnd随着传输轮次按指数规律增长，cwnd=2,4,8,16。
当cwnd=16=ssthresh时，在点1改为执行拥塞避免算法，cwdn开始按线性规律增长，cwdn=17,18,19,20,21,22,23,24。
当cwnd=24时，在点2，网络出现了超时，发送方判断为网络拥塞。于是ssthresh调整为cwnd/2=12，同时cwnd=1，进入慢开始阶段。
之后cwnd=2,4,8，当cwnd=12时，改为执行拥塞避免算法。
cwnd=13,14,15,16，在点4，发送方收到3个重复的确认（图中记为3-ACK），发送方改为快重传和快恢复算法：调整ssthresh=cwnd/2=8，cwnd=ssthresh=8，开始执行拥塞避免算法。

总结：
在慢开始阶段，当cwnd指数级增长到达给定ssthresh值，进入拥塞控制阶段，cwnd开始线性增长。
之后有两种情况：
当出现超时，已经发生了网络拥塞，重新进入慢开始阶段，同时更改ssthresh=max(cwnd/2,2)，更改cwnd=1。
当出现3-ACK，预示可能会出现拥塞，但现在还没有发生，于是进入快重传和快恢复阶段，更改ssthresh=cwnd/2，cwdn=ssthresh，之后进入拥塞控制阶段。

补充：
在拥塞避免阶段，拥塞窗口cwnd按照线性规律增大，这常称为“加法增大”AI
当出现超时或3个重复的确认时，将ssthresh门限值设置为当前拥塞窗口的一半，这常称为“乘法减小”MD
二者合在一起便是所谓的AIMD算法

最后

以上就是欢呼秀发为你收集整理的TCP拥塞控制算法（过程举例讲解）慢开始：拥塞避免：快重传和快恢复：的全部内容，希望文章能够帮你解决TCP拥塞控制算法（过程举例讲解）慢开始：拥塞避免：快重传和快恢复：所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。