TCP拥塞控制算法在丢包场景下的行为分析

题目

TCP拥塞控制算法在丢包场景下的行为分析

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

TCP拥塞控制原理,慢启动与拥塞避免机制,快速重传与快速恢复

快速回答

当TCP检测到丢包时，会根据丢包类型触发不同的拥塞控制行为：

• 超时重传：进入慢启动状态，cwnd=1 MSS，ssthresh=cwnd/2
• 快速重传：触发快速恢复机制，cwnd=ssthresh+3 MSS，线性增长
• 无论哪种情况，都会将慢启动阈值ssthresh设置为当前拥塞窗口的一半

原理说明

TCP拥塞控制的核心目标是通过动态调整发送速率避免网络过载。主要包含四个阶段：

1. 慢启动：cwnd指数增长（每RTT翻倍）
2. 拥塞避免：cwnd线性增长（每RTT增加1 MSS）
3. 快速重传：收到3个重复ACK时立即重传
4. 快速恢复：避免cwnd重置到初始值

丢包处理机制对比

代码示例（伪代码）

function onPacketLoss(type):
    ssthresh = max(cwnd / 2, 2 * MSS)

    if type == TIMEOUT:
        cwnd = 1 * MSS          // 进入慢启动
        state = SLOW_START

    elif type == FAST_RETRANSMIT:
        cwnd = ssthresh + 3 * MSS  // 快速恢复
        state = FAST_RECOVERY

function onAckReceived():
    if state == SLOW_START:
        cwnd += MSS             // 指数增长
        if cwnd >= ssthresh:
            state = CONGESTION_AVOIDANCE

    elif state == CONGESTION_AVOIDANCE:
        cwnd += MSS * (MSS / cwnd) // 线性增长

最佳实践

• 现代TCP变种：Linux默认使用Cubic算法，在高带宽时更平稳
• 参数调优：初始cwnd可设为10 MSS（RFC6928）
• 结合ECN：启用显式拥塞通知提前降低发送速率

常见错误

• 混淆超时重传和快速重传的处理逻辑
• 未正确维护ssthresh导致频繁进入慢启动
• 忽略接收方窗口（rwnd）限制导致无效拥塞控制

扩展知识

• BBR算法：基于带宽和RTT测量而非丢包，Google开发的下一代拥塞控制
• AIMD原理：加性增/乘性减（Additive Increase Multiplicative Decrease）是TCP核心思想
• 数据中心场景：DCQCN等算法针对RDMA网络优化