【计算机网络】第3章：传输层—TCP 拥塞控制
目录
一、PPT
二、总结
TCP 拥塞控制详解
⭐ 核心机制与算法
1. 慢启动（Slow Start）
2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
3. 快速重传（Fast Retransmit）
4. 快速恢复（Fast Recovery）
🔧 关键参数与行为
🌟 现代优化算法
CUBIC（Linux 默认算法）
BBR（Bottleneck Bandwidth and RTT）
📊 拥塞控制流程总结
💡 核心设计原则
一、PPT
二、总结
TCP 拥塞控制详解
核心目标：防止网络因过载而崩溃，公平分配带宽资源，最大化网络吞吐量。
核心思想：通过动态调整发送速率（拥塞窗口 cwnd）探测网络容量上限。
⭐ 核心机制与算法
1. 慢启动（Slow Start）
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目的：初始阶段快速探测可用带宽。
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机制：
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cwnd初始值 = 1 MSS（最大报文段大小）。 -
每收到 1 个 ACK，
cwnd指数增长（cwnd *= 2）。 -
增长上限：达到 慢启动阈值（ssthresh） 后进入拥塞避免。
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-
触发场景：
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新连接建立时
-
超时重传（RTO）后
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2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
-
目的：接近网络容量时转为线性增长，避免拥塞。
-
机制：
-
每收到 1 个 ACK，
cwnd线性增长（cwnd += 1/cwnd→ 约每 RTT 增加 1 MSS）。
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退出条件：
-
发生丢包（超时或收到 3 个重复 ACK）
-
3. 快速重传（Fast Retransmit）
-
触发条件：收到 3 个重复 ACK（即发送方连续收到 4 个相同 ACK）。
-
行为：
-
立即重传丢失报文，无需等待超时。
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进入 快速恢复 阶段（避免降为慢启动）。
-
4. 快速恢复（Fast Recovery）
-
目的：在部分丢包时维持较高吞吐量。
-
机制：
-
将
ssthresh设为max(cwnd/2, 2 MSS)（减半窗口）。 -
cwnd = ssthresh + 3 MSS（补偿已确认的 3 个重复 ACK）。 -
每收到一个重复 ACK，
cwnd += 1 MSS（维持窗口大小）。 -
收到新数据的 ACK 后，将
cwnd设为ssthresh，退出快速恢复。
-
✅ 经典算法组合：以上 4 步统称为 Tahoe（含慢启动+拥塞避免）和 Reno（增加快重传+快恢复）。
🔧 关键参数与行为
| 参数 | 作用 | 调整时机 |
|---|---|---|
cwnd | 发送方可发送的最大数据量（动态调整） | 根据 ACK 或丢包事件更新 |
ssthresh | 慢启动与拥塞避免的切换阈值 | 丢包时设为 max(cwnd/2, 2) |
| 丢包判定 | 超时重传 → 网络严重拥塞 | 直接重置 cwnd=1，进入慢启动 |
| 3 个重复 ACK → 部分丢包 | 触发快重传+快速恢复 |
🌟 现代优化算法
CUBIC（Linux 默认算法）
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用 三次函数 替代线性增长，更公平且适应高带宽延迟积（BDP）网络。
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核心特点：
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窗口增长与 时间 而非 ACK 数量相关。
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在拥塞避免阶段更平滑地逼近最大容量。
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BBR（Bottleneck Bandwidth and RTT）
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主动测量网络路径的 最大带宽（BtlBw） 和 最小 RTT，动态调整发送速率。
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避免传统算法依赖丢包作为拥塞信号（在高丢包率网络中更高效）。
📊 拥塞控制流程总结
💡 核心设计原则
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保守启动：初始
cwnd较小，避免冲击网络。 -
加性增，乘性减（AIMD）：
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增长阶段：线性/指数增加带宽利用率（公平性）。
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减少阶段：乘性降窗快速响应拥塞（稳定性）。
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快速响应：通过重复 ACK 尽早检测丢包，减少超时等待。
总结一句话：TCP 拥塞控制通过 动态调整发送窗口（慢启动探测 → 拥塞避免维稳 → 快重传/快恢复止损），在公平性与效率之间取得平衡，确保网络高吞吐、低延迟、高可靠性。