TCP协议疑难杂症全景解析

我们必须认识到拥塞控制是一个整体的机制，它不偏向于任何TCP连接，因此这个机制内在的就包含了公平性。那么影响拥塞的因素都有什么呢？具有讽刺意味的是，起初TCP并没有拥塞控制机制，正是TCP的超时重传风暴(一个分段丢失造成后续的已经发送的分段均被重传，而这些重传大多数是不必要的)加重了网络的拥塞。因此重传必然不能过频，必须把重传定时器的超时时间设置的稍微长一些，而这一点在单一重传定时器的设计中得到了加强。除此TCP自身的因素之外，其它所有的拥塞都可以靠拥塞控制机制来自动完成。

另外，不要把路由器想成一种线速转发设备，再好的路由器只要接入网络，总是会拉低网络的总带宽，因此即使只有一个TCP连接，由于TCP的发送方总是以发送链路的带宽发送分段，这些分段在经过路由器的时候排队和处理总是会有时延，因此最终肯定会丢包的。

最后，丢包的延后性也会加重拥塞。假设一个TCP连接经过了N个路由器，前N-1个路由器都能顺利转发TCP分段，但是最后一个路由器丢失了一个分段，这就导致了这些丢失的分段浪费了前面路由器的大量带宽。

5.2.拥塞控制的策略

在介绍拥塞控制之前，首先介绍一下拥塞窗口，它实际上表示的也是“可以发送多少数据”，然而这个和接收端通告的接收窗口意义是不一样的，后者是流量控制用的窗口，而前者是拥塞控制用的窗口，体现了网络拥塞程度。

拥塞控制整体上分为两类，一类是试探性的拥塞探测，另一类则是拥塞避免(注意，不是常规意义上的拥塞避免)。

5.2.1.试探性的拥塞探测分为两类，之一是慢启动，之二是拥塞窗口加性扩大(也就是熟知的拥塞避免，然而这种方式是避免不了拥塞的)。

5.2.2.拥塞避免方式拥塞控制旨在还没有发生拥塞的时候就先提醒发送端，网络拥塞了，这样发送端就要么可以进入快速重传/快速恢复或者显式的减小拥塞窗口，这样就避免网络拥塞的一沓糊涂之后出现超时，从而进入慢启动阶段。

5.2.3.快速重传和快速恢复。所谓快速重传/快速恢复是针对慢启动的，我们知道慢启动要从1个MSS开始增加拥塞窗口，而快速重传/快速恢复则是一旦收到3个冗余ACK，不必进入慢启动，而是将拥塞窗口缩小为当前阀值的一半加上3，然后如果继续收到冗余ACK，则将拥塞窗口加1个MSS，直到收到一个新的数据ACK，将窗口设置成正常的阀值，开始加性增加的阶段。

当进入快速重传时，为何要将拥塞窗口缩小为当前阀值的一半加上3呢？加上3是基于数据包守恒来说的，既然已经收到了3个冗余ACK，说明有三个数据分段已经到达了接收端，既然三个分段已经离开了网络，那么就是说可以在发送3个分段了，只要再收到一个冗余ACK，这也说明1个分段已经离开了网络，因此就将拥塞窗口加1个MSS。直到收到新的ACK，说明直到收到第三个冗余ACK时期发送的TCP分段都已经到达对端了，此时进入正常阶段开始加性增加拥塞窗口。

疑难杂症17：超时重传和收到3个冗余ACK后重传

这两种重传的意义是不同的，超时重传一般是因为网络出现了严重拥塞(没有一个分段到达，如果有的话，肯定会有ACK的，若是正常ACK，则重置重传定时器，若是冗余ACK，则可能是个别报文丢失或者被重排序，若连续3个冗余ACK，则很有可能是个别分段丢失)，此时需要更加严厉的缩小拥塞窗口，因此此时进入慢启动阶段。而收到3个冗余ACK后说明确实有中间的分段丢失，然而后面的分段确实到达了接收端，这因为这样才会发送冗余ACK，这一般是路由器故障或者轻度拥塞或者其它不太严重的原因引起的，因此此时拥塞窗口缩小的幅度就不能太大，此时进入快速重传/快速恢复阶段。

疑难杂症18：为何收到3个冗余ACK后才重传

这是一种权衡的结构，收到两个或者一个冗余ACK也可以重传，但是这样的话可能或造成不必要的重传，因为两个数据分段发生乱序的可能性不大，超过三个分段发生乱序的可能性才大，换句话说，如果仅仅收到一个乱序的分段，那很可能被中间路由器重排了，那么另一个分段很可能马上就到，然而如果连续收到了3个分段都没能弥补那个缺漏，那很可能是它丢失了，需要重传。因此3个冗余ACK是一种权衡，在减少不必要重传和确实能检测出单个分段丢失之间所作的权衡。

注意，冗余ACK是不能捎带的。

疑难杂症19：乘性减和加性增的深层含义

为什么是乘性减而加性增呢？拥塞窗口的增加受惠的只是自己，而拥塞窗口减少受益的大家，可是自己却受到了伤害。哪一点更重要呢？我们知道TCP的拥塞控制中内置了公平性，恰恰就是这种乘性减实现了公平性。拥塞窗口的1个MSS的改变影响一个TCP发送者，为了使得自己拥塞窗口的减少影响更多的TCP发送者-让更多的发送者受益，那么采取了乘性减的策略。

当然，BIC算法提高了加性增的效率，不再一个一个MSS的加，而是一次加比较多的MSS，采取二分查找的方式逐步找到不丢包的点，然后加性增。

疑难杂症20：TCP连接的传输稳定状态是什么

首先，先说一下发送端的发送窗口怎么确定，它取的是拥塞窗口和接收端通告窗口的最小值。然后，我们提出三种发送窗口的稳定状态：

a.IP互联网络上接收端拥有大窗口的经典锯齿状

b.IP互联网络上接收端拥有小窗口的直线状态

c.直连网络端点间的满载状态下的直线状态

其中a是大多数的状态，因为一般而言，TCP连接都是建立在互联网上的，而且是大量的，比如Web浏览，电子邮件，网络游戏，Ftp下载等等。TCP发送端用慢启动或者拥塞避免方式不断增加其拥塞窗口，直到丢包的发生，然后进入慢启动或者拥塞避免阶段(要看是由于超时丢包还是由于冗余ACK丢包)，此时发送窗口将下降到1或者下降一半，这种情况下，一般接收端的接收窗口是比较大的，毕竟IP网络并不是什么很快速的网络，一般的机器处理速度都很快。

但是如果接收端特别破，处理速度很慢，就会导致其通告一个很小的窗口，这样的话，即使拥塞窗口再大，发送端也还是以通告的接收窗口为发送窗口，这样就不会发生拥塞。最后，如果唯一的TCP连接运行在一个直连的两台主机上，那么它将独享网络带宽，这样该TCP的数据流在最好的情况下将填满网络管道(我们把网络管道定义为带宽和延时的乘积)，其实在这种情况下是不存在拥塞的，就像你一个人独自徘徊在飘雨黄昏的街头一样...

5.2.4.主动的拥塞避免

（编辑：辽源站长网）

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