TCP拥塞控制机制详解

题目

TCP拥塞控制机制详解

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

TCP拥塞控制原理,慢启动与拥塞避免,快速重传与快速恢复

快速回答

TCP拥塞控制的核心机制包括：

• 慢启动（Slow Start）：指数增长拥塞窗口（cwnd）
• 拥塞避免（Congestion Avoidance）：cwnd线性增长
• 快速重传（Fast Retransmit）：收到3个重复ACK立即重传
• 快速恢复（Fast Recovery）：cwnd减半后直接进入拥塞避免阶段

触发条件：
超时重传触发慢启动，重复ACK触发快速恢复

解析

一、核心原理

TCP拥塞控制通过动态调整拥塞窗口（cwnd）控制发送速率，关键机制：

• 慢启动：初始cwnd=1 MSS，每RTT翻倍（指数增长）
• 拥塞避免：达到慢启动阈值（ssthresh）后，每RTT增加1 MSS（线性增长）
• 快速重传：收到3个重复ACK时立即重传丢失报文（不等待超时）
• 快速恢复：重传后cwnd = cwnd/2 + 3，进入拥塞避免阶段

二、状态转换流程

# 伪代码示例
def on_packet_sent():
    if cwnd < ssthresh:
        cwnd *= 2  # 慢启动阶段
    else:
        cwnd += 1  # 拥塞避免阶段

def on_timeout():          # 超时事件
    ssthresh = max(cwnd/2, 2)
    cwnd = 1               # 重置为慢启动
    retransmit_packet()

def on_dup_ack(count):     # 重复ACK事件
    if count == 3:
        ssthresh = max(cwnd/2, 2)
        cwnd = ssthresh + 3  # 快速恢复
        retransmit_packet()

三、最佳实践

• 初始ssthresh设置：通常为接收方通告窗口大小
• 拥塞信号处理：超时视为严重拥塞，重复ACK视为轻度拥塞
• 带宽探测：Linux中默认使用CUBIC算法替代传统AIMD

四、常见错误

• 混淆窗口类型：拥塞窗口（cwnd） vs 接收窗口（rwnd）
• 错误理解ssthresh：超时后ssthresh=cwnd/2，但cwnd重置为1
• 忽略ACK聚合：延迟ACK机制可能导致cwnd增长变慢

五、扩展知识

• 现代算法：BBR（基于带宽时延积）、CUBIC（三次函数增长）
• 显式拥塞通知（ECN）：路由器主动标记IP头通知拥塞
• RFC文档：RFC 5681（标准定义）、RFC 6582（NewReno改进）

六、面试回答要点

描述完整状态机：
1. 连接建立后进入慢启动
2. 达到ssthresh转拥塞避免
3. 重复ACK触发快速重传/恢复
4. 超时触发慢启动重置
5. 强调乘法减（Multiplicative Decrease）和加法增（Additive Increase）原则