TCP的流量控制和拥塞控制

TCP在发送端和接收端有两个窗口，发送端的是拥塞窗口而接收端的就叫做接收窗口，两个窗口的作用不同 ，所谓的流量控制就是收发端的速率要匹配，决定权在接收端而不在发送端，因为发送的慢了可以提速，而 接收不了就意味着丢包，这就好比冷了可以穿衣而热了只有扒皮一样。因此对于收发端，流量控制主要由接 收端控制，因此接收窗口就表示“我能接收多少”，按照这个数字发送，在该连接独占网络并且带宽无限的 情况下流量是平滑的。接收端的接收窗口将按照自己的能力向前滑动。 然而网络环境不是那么理想的，第一任何连接不能独占带宽，第二，带宽也不是无限，因此即使接收
端建议发送端发送多少数据，发送端也有确保公平的义务，因此发送端也有一个窗口，叫做拥塞窗口，指当 前的网络状况只能发送这么多数据报，一般发送端可以发送的数据是接收窗口和拥塞窗口的最小值，由于 tcp是全双工的协议，连接两端都是接收者和发送者，因此每端都有两个窗口，其中的拥塞窗口和实际的发 送窗口自己维护，而接收窗口要在tcp协议头中传给对方，让对方根据这个窗口和自己的拥塞窗口抉择自己 的实际发送窗口。

1.慢启动并不慢

慢启动是一种拥塞控制机制，只影响拥塞窗口，注意，实际的发送窗口需要取拥塞窗口和对端传来的接收窗 口的最小值，慢启动的过程中，拥塞窗口不断增加，因为tcp连接刚启动，并不知道网络的实际情况，需要 用一种试探的方式慢慢平滑增加发送窗口的大小，增加的过程是十分快的，是指数增长的，直到发生拥塞或 者达到事前配置好的一个阀值，如是是拥塞发生了，那么肯定要调整拥塞窗口了，事实上由于慢启动实际很 快，如果仅仅有慢启动，那么网络很快就拥堵不堪了。

2.拥塞发现

每一个数据报都有一个定时器，如果定时器超时还没有ack回来，那么就说明该数据没有到达目的地，十有 八九是网络拥塞了，tcp的设计者必须假定网络交通事故率很低，此时tcp发送端将采取措施，最重要的就是 重新开始慢启动，并且将慢启动阀值减小，当拥塞窗口到达该阀值的时候(由于阀值减小了，肯定比刚开始 的慢启动过程先到这种状态)，实行另一种拥塞控制方法--拥塞避免，就是拥塞避免，其实就是将慢启动的 指数增加窗口大小改为线性增加，从而渐渐将拥塞窗口调整到一个合适的大小。

3.快速重传

还有一种情况会直接使用拥塞避免，那就是当发送端收到三个重复的ack的时候，说明接收端收到了三个序 列号靠后数据报，但都不是接收窗口最前面的那个，因此说明那个数据十有八九是丢了，因此可以预测拥塞 发生了，因此将拥塞窗口减半，然后线性增加，这就是加增乘减原则。顺便，tcp接收数据的顺序只要在窗 口内并不一定非要按序，只要OS的协议栈实现支持缓存窗口内的断序数据即可。

4.加增乘减原则

该原则体现了公平，因为拥塞窗口增加只会优惠到自己，而减小却会优惠很多别的连接，每一个连接都有维 护公平的义务，本着优惠均等的原则，自己的行为应该让包括自己在内的所有连接得到均等的实惠，因此优 惠只有一个自己的时候用加法，而优惠很多大家的时候用乘法。

5.快速恢复算法

快速重传虽然通过减半拥塞窗口的办法可以减缓拥塞，但是自己过分的让步可能会引起别人贪婪地掠夺，虽 然我让步了，减半了拥塞窗口，但是我是靠接收了三个重复ack才得到这个消息的，而不是一个包的超时， 如果在第一个重复ack时我就开始快速重传，那么此时我的拥塞窗口已经加了三个了，因此需要补偿我无辜 的等待三个ack，因此快速恢复过程是对快速重传的修正，将拥塞窗口减半后加上了3

6.拥塞窗口何时稳定

如果仅仅考虑拥塞控制，那么貌似拥塞窗口会一直这么指数增-乘减-加增-乘减-指数增-...循环下去，是的 ，确实是这样，但是通过统计tcp连接的速率和流量，发现并不是这样，而是发送端的窗口总是会稳定于一 个特定的值，而该值就是接受方的接收窗口的大小，最终，一切都被定格在了接收方的协议栈处理性能以及 缓冲区内存情况了，拥塞窗口只要增加到接收方的接收窗口就不再增加和减少了，除非接收窗口增加或者减 小以及拥塞发生了，总之，拥塞窗口和接收窗口的最小值决定发送窗口，如果拥塞窗口增加到了接收窗口的 大小就不再继续慢启动或者拥塞避免。

7.网络设备和端机的能力

tcp的流量控制在端机，而拥塞却取决于中间的路由器等网络设备以及网线，它们处理能力的匹配至关重要 ，虽然端机远远不敌中间设备，可是中间设备却由多数端机分享，试想如果端机的性能超越了网络设备，那 么流量控制窗口将会很大，如此拥塞窗口将在增加到流控窗口之前出现拥塞，如此一来将会导致频繁调整发 送窗口，流控窗口也就失去了意义，虽然接收端能收那么多数据，可是发送端却怎么也到不了该制高点，虽 然到不了但是还是会不懈的慢启动-拥塞停等-快速重传-...俨然网络上的西西弗斯神话。

8.tcp是全双工不停等的

如果按照很多教科书上所讲的方式理解tcp，那么tcp就是一个半双工的协议，一方在发送了数据之后必须等 待确认才能继续发送，就是一问一答式，可是看一下tcp的协议头，包含一个ack字段和seq字段，这就说明 tcp可以在发送数据的时候将ack一同捎带过来，正是如此它才是全双工的。另外它也不是一个单纯的停等协 议，而是基于窗口机制的批量发送/确认协议。

9.一个比喻

开车的人或者看过司机开车都知道，汽车的性能和道路的路况(拥塞程度和限速等)以及司机的技术水平共同 决定车能开多快，如果情况一，路况不好(拥塞控制)，那么再好的车再好的司机都会不停的做刹车，踩油门 ，换档等动作，所有车都一样，看起来不够稳定，如果情况二，路况好，司机也好，但车不好(流量控制)， 虽然很稳定，但白瞎了这条路和司机了，如果情况三，路好，车好，司机不够娴熟(流量控制)，司机的动作 和第一种情况一样，但是好的司机却不这样。情况一指的是网络设备不好，情况二指的是端机不好，情况三 可能是下面的情况，端机好，可是端机上的诸如内存管理算法之类的软性能很糟糕。