TCP擁塞控制

TCP使用多種擁塞控制策略來避免雪崩式擁塞。TCP會為每條連接維護一個“擁塞窗口”來限制可能在端對端間傳輸的未確認分組總數量。這類似TCP流量控制機制中使用的滑動窗口。TCP在一個連接初始化或超時後使用一種“慢啓動”機制來增加擁塞窗口的大小。它的起始值一般為最大分段大小（Maximum segment size，MSS）的兩倍，雖然名為“慢啓動”，初始值也相當低，但其增長極快：當每個分段得到確認時，擁塞窗口會增加一個MSS，使得在每次往返時間（round-trip time，RTT）內擁塞窗口能高效地雙倍增長。

當擁塞窗口超過慢啓動閾值（ssthresh）時，算法就會進入一個名為“擁塞避免”的階段。在擁塞避免階段，只要未收到重複確認，擁塞窗口則在每次往返時間內線性增加一個MSS大小。 ^[1] 

在TCP中，擁塞窗口（congestion window）是任何時刻內確定能被髮送出去的字節數的控制因素之一，是阻止發送方至接收方之間的鏈路變得擁塞的手段。他是由發送方維護，通過估計鏈路的擁塞程度計算出來的，與由接收方維護的接收窗口大小並不衝突。

當一條連接創建後，每個主機獨立維護一個擁塞窗口並設置值為連接所能承受的MSS的最小倍數，之後的變化依靠線增積減機制來控制，這意味如果所有分段到達接收方和確認包準時地回到發送方，擁塞窗口會增加一定數量。該窗口會保持指數增大，直到發生超時或者超過一個稱為“慢啓動閾值（ssthresh）”的限值。如果發送方到達這個閾值時，每收到一個新確認包，擁塞窗口只按照線性速度增加自身值的倒數。

當發生超時的時候，慢啓動閾值降為超時前擁塞窗口的一半大小、擁塞窗口會降為1個MSS，並且重新回到慢啓動階段。

系統管理員可以設置窗口最大限值，或者調整擁塞窗口的增加量，來對TCP調優。

在流量控制中，接收方通過TCP的“窗口”值（Window Size）來告知發送方，由發送方通過對擁塞窗口和接收窗口的大小比較，來確定任何時刻內需要傳輸的數據量。 ^[1] 

慢啓動（Slow-start）是用於結合其他階段算法，來避免發送過多數據到網絡中而導致網絡擁塞，算法在RFC5681中定義。

慢啓動初始啓動時設置擁塞窗口值（cwnd）為1、2、4或10個MSS。擁塞窗口在每接收到一個確認包時增加，每個RTT內成倍增加，當然實際上並不完全是指數增長，因為接收方會延遲發送確認，通常是每接收兩個分段則發送一次確認包。發送速率隨着慢啓動的進行而增加，直到遇到出現丟失、達到慢啓動閾值（ssthresh）、或者接收方的接收窗口進行限制。如果發生丟失，則TCP推斷網絡出現了擁塞，會試圖採取措施來降低網絡負載。這些是靠具體使用的TCP擁塞算法來進行測量判斷。當達到慢啓動閾值（ssthresh）時，慢啓動算法就會轉換為線性增長的階段，算法控制每個RTT內擁塞窗口只增加1個分段量。雖然稱為“慢啓動”，但實際上比擁塞控制階段的窗口增加更為激進。

對於處理報文丟失這個事件上，不同擁塞控制算法表現有所不同：

慢啓動假設分段的未確認是由於網絡擁塞造成的，雖然大部分網絡的確如此，但也有其他原因，例如一些鏈路質量差的網絡，會導致分段包丟失。在一些網絡環境，例如無線網絡，慢啓動效率並不好。

慢啓動對於一些短暫的連接性能並不好，一些較舊的網頁瀏覽器會創建大量連續的短暫鏈接，通過快速開啓和關閉鏈接來請求獲得文件，這使得大多數鏈接處於慢啓動模式，導致網頁響應時間差。所以新的網頁瀏覽器，會通過向特殊的服務器，開啓一條鏈接來請求獲得全部的文件，而避免頻繁新建大量短暫鏈接。不過這樣對一些非請求網站所提供的服務，例如廣告跟蹤腳本、社交分享功能腳本、網絡分析腳本等，並不適用。 ^[1] 

和式增加，積式減少（additive-increase/multiplicative-decrease，AIMD，這裏簡稱“線增積減”）是一種反饋控制算法，其包含了對擁塞窗口線性增加，和當發生擁塞時對窗口積式減少。多個使用AIMD控制的TCP流最終會收斂到對線路的等量競爭使用。 ^[1] 

快速重傳（Fast retransmit）是對TCP發送方降低等待重發丟失分段用時的一種改進。TCP發送方在每發送一個分段時會啓動一個超時計時器，如果相應的分段確認沒在特定時間內被送回，發送方就假設這個分段在網絡上丟失了，需要重發。這也是TCP用來估計RTT的測量方法。

重複確認（duplicate cumulative acknowledgements，DupAcks）就是這個階段的基礎，其基於以下過程：如果接收方接收到一個數據分段，就會將該分段的序列號加上數據字節長的值，作為分段確認的確認號，發送回發送方，表示期望發送方發送下一個序列號的分段。但是如果接收方提前收到更下一個序列號的分段——或者説接收到無序到達的分段，即之前期望確認號對應的分段出現接收丟失——接收方需要立即使用之前的確認號發送分段確認。此時如果發送方收到接收方相同確認號的分段確認超過1次，並且該對應序列號的分段超時計時器仍沒超時的話，則這就是出現重複確認，需要進入快速重傳。

快送重傳就是基於以下機制：如果假設重複閾值為3，當發送方收到4次相同確認號的分段確認（第1次收到確認期望序列號，加3次重複的期望序列號確認）時，則可以認為繼續發送更高序列號的分段將會被接受方丟棄，而且會無法有序送達。發送方應該忽略超時計時器的等待重發，立即重發重複分段確認中確認號對應序列號的分段。 ^[2]