前邊我們分享了網(wǎng)絡分層協(xié)議、TCP 三次握手、TCP 四次分手。今天我們繼續(xù)深入分享一下 TCP 中的擁塞控制。

對于 TCP 的擁塞控制，里邊設計到很多細節(jié)，小鹿希望通過這一節(jié)能夠將這部分內(nèi)容串通起來，能夠讓你更深刻的記憶這部分內(nèi)容。

思維導圖

1. 什么是擁塞控制?

擁塞控制是一種用來調(diào)整傳輸控制協(xié)議(TCP)連接單次發(fā)送的分組數(shù)量的算法。它通過增減單次發(fā)送量逐步調(diào)整，使之逼近當前網(wǎng)絡的承載量。

簡單易懂的話來說，所謂的擁塞控制，從字面的意思來講，網(wǎng)絡通信就像是一個水管里的水，如果水突然因為水管的贓物阻塞了，那么我們就應該采取一定的策略，讓其在阻塞的時候如何處理。

2. 為什么進行擁塞控制?

如果發(fā)送端要給接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，只有當接收端接收到數(shù)據(jù)時，才會給發(fā)送端返回應答信息。如果接收端沒有發(fā)送應答信息，發(fā)送端則認為該數(shù)據(jù)已經(jīng)丟失，則進行重新發(fā)送。

其實我們也不知道接收端有沒有接收，數(shù)據(jù)包到底在哪一步出現(xiàn)了問題呢?分為兩種情況，如下：

1. 數(shù)據(jù)包真的在半路丟失了

2. 網(wǎng)絡通信處于擁擠狀態(tài)，數(shù)據(jù)包還沒有到達接收方。

我們的擁塞控制是主要針對于第二種情況的。如果網(wǎng)絡信道中一直處于擁擠狀態(tài)，那么發(fā)送端一直進行發(fā)送，就會變得更加的阻塞，而且同時白白浪費掉了網(wǎng)絡的資源。

3. 測試網(wǎng)絡狀況

我們進行擁塞控制之前，首先要判斷網(wǎng)絡信道是否阻塞了，當判斷出網(wǎng)絡阻塞時，我們才能進行擁塞控制。我們一般通過向網(wǎng)絡中連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)包來進行測試，測試過程中，如果發(fā)送數(shù)據(jù)包到達了一定的程度，網(wǎng)絡通信就會阻塞。

有以下兩種探測網(wǎng)絡的情況，第一種就是逐漸遞增發(fā)送數(shù)據(jù)包，一次只發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，第二次發(fā)送兩個，第三次發(fā)送三個，以此類推，總會在一個點發(fā)送網(wǎng)絡擁堵情況

第二種情況就是指數(shù)型的增長，顧名思義，就是發(fā)送數(shù)據(jù)包以指數(shù)的形式進行增長，第一次發(fā)生一個，第二次發(fā)送兩個，第三次發(fā)送四個...也會在某一時刻網(wǎng)絡進行擁堵。

但是第一種方法有一個問題就是增長的太慢，當?shù)竭_到擁塞時，需要經(jīng)歷很長的時間，這種探測的方式效率太低。

當我們使用第二種方法時，指數(shù)增長就會出現(xiàn)增長的太快，會錯過增長的點。

既然兩種方式各有所長，我們就結合兩種方式，首先我們進行指數(shù)增長，我們設定一定的閥值，然后到達閥值之后，然后進行逐次遞增，直到出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞為止。

• 指數(shù)增長階段稱為慢啟動
• 逐次增長稱之為擁塞避免

4. 什么是擁塞窗口?

我們把一次性能夠發(fā)送的數(shù)據(jù)包多少的窗口稱之為擁塞窗口。

我們通過控制發(fā)送窗口的大小，也就是發(fā)送數(shù)據(jù)包的多少來進行擁塞控制。

5. 阻塞超時

當數(shù)據(jù)包增長到一定程度就會出現(xiàn)超時事件(阻塞)，出現(xiàn)超時事件就認為網(wǎng)絡擁塞了，不能再繼續(xù)增長了，此時標記為一個最大值 M。

如果超時了之后，我們開始進行擁塞控制，怎么做呢?我們將增長的閥值進行降低，降低到 M 的一半大小，也就是 M/2。如下圖所示，最大值為 24，此時發(fā)生擁塞，所以將閥值降為 12。

有的小伙伴就說了，你那超時不一定發(fā)生阻塞了，上邊你也提到了，可能出現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的丟失，那怎么判斷這種情況呢?

6. 判斷發(fā)送超時的情況

我們上邊也說了，超時存在兩種情況，我們就采用連續(xù)發(fā)送 ACK 的方式來進行判斷到底是網(wǎng)絡阻塞了還是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包丟失了。

如下圖所示，如果發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，接收端成功接收之后，就會返回一個響應數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送端再次發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包。

一旦發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候中途丟失了，接收端會返回上一次接收的數(shù)據(jù)包的確認響應數(shù)據(jù)包，當發(fā)送端連續(xù)接收到三個相同的響應數(shù)據(jù)包時，就說明該數(shù)據(jù)包丟失了，然后快速重傳該數(shù)據(jù)包。

然后會把我們的閥值設置為擁塞最大值 M 的一半，這時候的擁塞窗口的大小為 1，當擁塞窗口的大小等于閥值時，再進行線性增長。我們也把上邊這種情況稱之為快速恢復。

小結

今天主要分享了 TCP 的擁塞控制，為什么會有擁塞控制?如何進行擁塞控制以及如何判斷網(wǎng)絡中的情況。

通過擁塞控制，我們能夠更好地進行數(shù)據(jù)高效的傳輸，除此之外，我們后邊的文章還會更新 TCP 的流量控制，為了能夠使得網(wǎng)絡中的流量得到充分的利用。