【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

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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。

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⭐ 核心机制与算法

1. 慢启动（Slow Start）

• 目的：初始阶段快速探测可用带宽。

• 机制：

  • 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。

• 触发场景：

  • 新连接建立时

  • 超时重传（RTO）后

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）。

• 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。

  • 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）。

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🔧 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

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🌟 现代优化算法

CUBIC（Linux 默认算法）

• 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。

• 核心特点：

  • 窗口增长与 时间 而非 ACK 数量相关。

  • 在拥塞避免阶段更平滑地逼近最大容量。

BBR（Bottleneck Bandwidth and RTT）

• 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。

• 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）。

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📊 拥塞控制流程总结

💡 核心设计原则

1. 保守启动：初始 cwnd 较小，避免冲击网络。

2. 加性增，乘性减（AIMD）：

   • 增长阶段：线性/指数增加带宽利用率（公平性）。

   • 减少阶段：乘性降窗快速响应拥塞（稳定性）。

3. 快速响应：通过重复 ACK 尽早检测丢包，减少超时等待。

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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。