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文章編號：11477時間：2024-09-30人氣：
為了防止發送數據過多導致網絡擁塞，TCP設計了擁塞控制機制。 這個機制的核心是擁塞窗口cwnd，它根據網絡狀況動態調整發送數據量，通過算法來控制數據注入。 發送速率實際上受發送窗口（min(cwnd,接收窗口））限制。 TCP啟動時采用慢啟動策略，逐漸增加數據包發送，每收到一個ACK，cwnd就遞增1，直到達到慢啟動閾值ssthresh。 進入擁塞避免階段后，cwnd的增長變為線性，直到網絡擁堵，觸發重傳機制，進入“擁塞發生算法”。 當重傳出現，TCP會區分超時重傳和快速重傳。 超時重傳是基于時間的，當兩次超時未收到ACK，cwnd會回到慢啟動，ssthresh和cwnd值會調整。 快速重傳則是數據驅動，三個相同ACK后立即重傳，此時ssthresh和cwnd的處理有所不同。 快速恢復算法是優化后的擁塞發生后的處理，它首先減小cwnd來緩解擁塞，然后通過逐漸增加來發送丟失的數據，最終目標是恢復到正常傳輸。 不同版本的TCP如Reno有各自的優化，快速恢復失敗則會回到慢啟動。
TCP擁塞控制是傳輸控制協議（英語：Transmission Control Protocol，縮寫TCP）避免網絡擁塞的算法，是互聯網上主要的一個擁塞控制措施。 它使用一套基于線增積減模式的多樣化網絡擁塞控制方法（包括慢啟動和擁塞窗口等模式）來控制擁塞。 在互聯網上應用中有相當多的具體實現算法。 在TCP中，擁塞窗口（congestion window）是任何時刻內確定能被發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并不沖突。 1、慢開始算法：簡單的說，開始傳輸時，傳輸的數據由小到大遞增到一個值(即發送窗口由小到大(指數增長)逐漸增大到擁塞窗口的數值)。 2、擁塞避免算法：數據發送出去，并發到接收方發回來的確認收到，擁塞窗口每次值加1地線性增大。 3、快重傳算法：數據傳輸時(數據被分成報文，每個報文都有個序號)，中間的一部分丟失接收方沒收到，接收方連續接到后面的數據，則發回對丟失前的數據的重復確認，這樣發送方就知道有部分數據丟失了，于是從丟失出重傳數據。 4、快恢復算法：快恢復是與快重傳配合的算法，在發生數據丟失時，發送方收到接收方發回的三個重復確認信息時，就把每次傳輸的數據量減為原來的一半，擁塞窗口也修改為這個值,然后又開始擁塞避免的算法。
TCP擁塞控制算法旨在確保網絡數據傳輸的穩定性，防止因發送速率過快導致的擁塞。 其核心是通過維護發送方的擁塞窗口（cwnd）狀態變量來控制數據傳輸速率。 慢開始策略初始時，cwnd設置為1，每次收到確認后，cwnd會成倍增加，直到達到某個門限ssthresh。 然而，一旦cwnd超過ssthresh，就進入擁塞避免階段，此時cwnd的增長速度減緩，每一步僅增加1，以避免快速導致擁塞。 如果出現超時，ssthresh會被調整為當前cwnd的一半，并重新執行慢開始。 快重傳機制在接收方連續收到三次相同的確認時啟動，發送方快速重傳丟失的報文段，而無需執行慢開始，僅將cwnd設置為門限的一半進行調整。 快恢復策略則是針對快重傳的特殊情況，即使報文段丟失，發送方也不立即開始慢開始，而是將cwnd設置為門限的一半，然后逐步增加。 這種方式旨在減少擁塞發生的可能性。 總的來說，慢開始和擁塞避免是預防策略，而快重傳與快恢復是應對策略。 它們通過動態調整cwnd，確保在數據傳輸過程中，即使遇到擁塞，也能快速恢復并維持網絡的穩定性。
在TCP傳輸中，如果出現網絡擁塞，通常會采取以下措施：確認擁塞、慢啟動、擁塞避免、快速重傳、流量控制。
1、確認擁塞
當網絡出現擁塞時，路由器或交換機等網絡設備會向發送方發送一個特殊的信號，稱為“擁塞通知”。 這個信號告訴發送方，網絡已經擁塞，需要減慢發送速率。
2、慢啟動
TCP協議有一個慢啟動算法，當出現擁塞時，發送方會首先暫停發送數據，等待擁塞通知。 然后，發送方會以指數方式遞增發送速率，直到再次出現擁塞為止。
3、擁塞避免
當慢啟動失敗時，TCP協議會進入擁塞避免階段。 在這個階段，發送方會以線性方式增加發送速率，而不是指數方式。 同時，如果再次出現擁塞，發送方會減半發送速率。
4、快速重傳
在某些情況下，接收方可能會因為各種原因無法及時收到數據包。 此時，TCP協議有一個快速重傳機制，即當接收方沒有收到某個數據包時，會立即向發送方發送一個“重傳請求”。 發送方在收到重傳請求后，會立即重傳丟失的數據包。
5、流量控制
TCP協議還支持流量控制功能，即接收方可以通知發送方自己的接收能力。 這樣，發送方就可以根據接收方的能力調整自己的發送速率，避免網絡擁塞。
TCP在數據傳輸中，通過精密的擁塞控制機制來保障網絡流暢。 發送窗口受網絡環境和接收窗口影響，尤其前者更為關鍵。 網絡中的擁塞可能導致數據丟失，TCP需要通過算法巧妙地防止觸碰這個動態變化的擁塞點。 首先，慢啟動算法啟動時設定一個擁塞窗口（cwnd），其值在每個往返時間（RTT）結束后翻倍。 初始cwnd值通常是10個MSS，隨著收到ACK，窗口擴大，呈指數增長。 然而，一旦達到慢啟動閾值（ssthresh），就會切換至擁塞避免算法，以線性方式增長。 快速重傳算法在輕微擁塞時發揮作用，接收方在接收到亂序或重復的包時，通過發送確認快速提示發送方重傳丟失的數據。 而快速恢復則針對快速重傳后的處理，設置新的ssthresh和cwnd值，以快速恢復正常傳輸。 然而，超時重傳帶來的問題是顯著的，它會暫停數據傳輸并導致擁塞窗口驟減，因此應盡量避免。 此外，對于小文件，由于可能無法觸發三次重復的ACK，快速重傳機制效果不明顯，因此丟包對小文件的影響更嚴重。 總的來說，TCP的擁塞避免策略旨在通過精細的調整，確保在復雜網絡環境中維持高效且穩定的通信。
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