最近花了些时刻在学习TCP/IP协议上，首要原因是因为自己长期以来对TCP/IP的知道就只限于三次握手四次分手上，所以期望深化了解一下。再者，TCP/IP和Linux体系层级的许多规划都能够用于中间件体系架构上，比如说TCP 拥塞操控算法也能够用在以呼应时刻来限流的中间件上。更深一层，像TCP/IP协议这种基础知识和原理性的技能，都是经过长时刻的检测的，都是前人才智的结晶，能够给咱们许多启示和协助。

本文中会呈现一些缩写，因为篇幅问题，无法每个都进行解说，假如你不明白它的意义，请自己去查找了解，做一个自动寻求知识的人。

TCP协议有两个比较重要的操控算法，一个是流量操控，另一个便是堵塞操控。

TCP协议经过滑动窗口来进行流量操控，它是操控发送方的发送速度从而使接受者来得及接纳并处理。而拥塞操控作用于全体网络，它是防止过多的包被发送到网络中，防止呈现网络负载过大，网络拥塞的状况。

拥塞算法需求把握其状况机和四种算法。拥塞操控状况机的状况有五种，分别是Open，Disorder，CWR，Recovery和Loss状况。四个算法为慢发动，拥塞防止，拥塞产生时算法和快速康复。

Congestion Control State Machine

和TCP相同，拥塞操控算法也有其状况机。当发送方收到一个ACK时，Linux TCP经过状况机的状况来决议其接下来的行为，是应该下降拥塞窗口cwnd巨细，或许坚持cwnd不变，仍是持续添加cwnd。假如处理不妥，或许会导致丢包或许超时。

1 Open状况

Open状况是拥塞操控状况机的默许状况。这种状况下，当ACK抵达时，发送方依据拥塞窗口cwnd(Congestion Window)是小于仍是大于慢发动阈值ssthresh(slow start threshold)，来依照慢发动或许拥塞防止算法来调整拥塞窗口。

2 Disorder状况

当发送方检测到DACK(重复承认)或许SACK(选择性承认)时，状况机将转变为Disorder状况。在此状况下，发送方遵从飞翔(in-flight)包守恒准则，即一个新包只要在一个老包脱离网络后才发送，也便是发送方收到老包的ACK后，才会再发送一个新包。

3 CWR状况

发送方接纳到一个显现拥塞告诉时，并不会马上削减拥塞窗口cwnd，而是每收到两个ACK就削减一个段，直到窗口的巨细折半停止。当cwnd正在减小而且网络中有没有重传包时，这个状况就叫CWR(Congestion Window Reduced，拥塞窗口削减)状况。CWR状况能够转变成Recovery或许Loss状况。

4 Recovery状况

当发送方接纳到满足(引荐为三个)的DACK(重复承认)后，进入该状况。在该状况下，拥塞窗口cnwd每收到两个ACK就削减一个段(segment)，直到cwnd等于慢发动阈值ssthresh，也便是刚进入Recover状况时cwnd的一半巨细。  发送方坚持 Recovery 状况直到全部进入 Recovery状况时正在发送的数据段都成功地被承认，然后发送方康复成Open状况，重传超时有或许中止 Recovery 状况，进入Loss状况。

5 Loss状况

当一个RTO(重传超时时刻)到期后，发送方进入Loss状况。全部正在发送的数据标记为丢掉，拥塞窗口cwnd设置为一个段(segment)，发送方再次以慢发动算法增大拥塞窗口cwnd。

Loss 和 Recovery 状况的区别是:Loss状况下，拥塞窗口在发送方设置为一个段后增大，而 Recovery 状况下，拥塞窗口只能被减小。Loss 状况不能被其他的状况中止，因而，发送方只要在全部 Loss 开端时正在传输的数据都得到成功承认后，才干退到 Open 状况。

四大算法

拥塞操控主要是四个算法：1)慢发动，2)拥塞防止，3)拥塞产生，4)快速康复。这四个算法不是一天都搞出来的，这个四算法的开展阅历了许多时刻，到今日都还在优化中。

慢热发动算法 – Slow Start

所谓慢发动，也便是TCP衔接刚树立，一点一点地提速，打听一下网络的承受能力，防止直接打乱了网络通道的次序。

慢发动算法：

1) 衔接建好的开端先初始化拥塞窗口cwnd巨细为1，标明能够传一个MSS巨细的数据。

2) 每逢收到一个ACK，cwnd巨细加一，呈线性上升。

3) 每逢过了一个往复延迟时刻RTT(Round-TrIP Time)，cwnd巨细直接翻倍，乘以2，呈指数让升。

4) 还有一个ssthresh(slow start threshold)，是一个上限，当cwnd >= ssthresh时，就会进入“拥塞防止算法”(后边会说这个算法)

拥塞防止算法 – Congestion Avoidance

好像前边说的，当拥塞窗口巨细cwnd大于等于慢发动阈值ssthresh后，就进入拥塞防止算法。算法如下：

1) 收到一个ACK，则cwnd = cwnd + 1 / cwnd 2) 每逢过了一个往复延迟时刻RTT，cwnd巨细加一。

过了慢发动阈值后，拥塞防止算法能够防止窗口添加过快导致窗口拥塞，而是缓慢的添加调整到网络的优化值。

拥塞状况时的算法

一般来说，TCP拥塞操控默许以为网络丢包是因为网络拥塞导致的，所以一般的TCP拥塞操控算法以丢包为网络进入拥塞状况的信号。关于丢包有两种断定方法，一种是超时重传RTO[Retransmission Timeout]超时，另一个是收到三个重复承认ACK。

超时重传是TCP协议确保数据可靠性的一个重要机制，其原理是在发送一个数据今后就敞开一个计时器，在必定时刻内假如没有得到发送数据报的ACK报文，那么就从头发送数据，直到发送成功停止。

可是假如发送端接纳到3个以上的重复ACK，TCP就意识到数据产生丢掉，需求重传。这个机制不需求比及重传定时器超时，所以叫做快速重传，而快速重传后没有运用慢发动算法，而是拥塞防止算法，所以这又叫做快速康复算法。

超时重传RTO[Retransmission Timeout]超时，TCP会重传数据包。TCP以为这种状况比较糟糕，反响也比较激烈：

• 因为产生丢包，将慢发动阈值ssthresh设置为其时cwnd的一半，即ssthresh = cwnd / 2.
• cwnd重置为1
• 进入慢发动进程

最为前期的TCP Tahoe算法就运用上述处理方法，可是因为一丢包就全部重来，导致cwnd重置为1，非常不利于网络数据的安稳传递。

所以，TCP Reno算法进行了优化。当收到三个重复承认ACK时，TCP敞开快速重传Fast Retransmit算法，而不必比及RTO超时再进行重传：

• cwnd巨细缩小为其时的一半
• ssthresh设置为缩小后的cwnd巨细
• 然后进入快速康复算法Fast Recovery。

快速康复算法 – Fast Recovery

TCP Tahoe是前期的算法，所以没有快速康复算法，而Reno算法有。在进入快速康复之前，cwnd和ssthresh现已被更改为原有cwnd的一半。快速康复算法的逻辑如下：

• cwnd = cwnd + 3 * MSS，加3 * MSS的原因是因为收到3个重复的ACK。
• 重传DACKs指定的数据包。
• 假如再收到DACKs，那么cwnd巨细添加一。
• 假如收到新的ACK，标明重传的包成功了，那么退出快速康复算法。将cwnd设置为ssthresh，然后进入拥塞防止算法。

如图所示，第五个包产生了丢掉，所以导致接纳方接纳到三次重复ACK，也便是ACK5。所以将ssthresh设置为其时cwnd的一半，也便是6/2 = 3，cwnd设置为3 + 3 = 6。然后重传第五个包。当收到新的ACK时，也便是ACK11，则退出快速康复阶段，将cwnd从头设置为其时的ssthresh，也便是3，然后进入拥塞防止算法阶段。

跋文

本文为咱们大致描绘了TCP拥塞操控的一些机制，可是这些拥塞操控仍是有许多缺点和待优化的当地，业界也在不断推出新的拥塞操控算法，比如说谷歌的BBR。这些咱们后续也会持续讨论，请咱们持续重视。