TCP拥塞控制手算详解

TCP 拥塞控制由四个核心算法组成：慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复。

四个算法

1. 慢启动（Slow Start）：cwnd 从 1 MSS 开始，每收到一个 ACK 使 $cwnd += 1$ MSS（每 RTT 翻倍，指数增长）；当 $cwnd \geq ssthresh$ 时转入拥塞避免。
2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）：每 RTT 使 $cwnd += 1$ MSS（线性增长）；检测到丢包（超时或 3 个重复 ACK）时做相应处理。
3. 快重传（Fast Retransmit）：收到 3 个重复 ACK 时立即重传丢失的报文段（不等超时）。
4. 快恢复（Fast Recovery）：收到 3 个重复 ACK 时，$ssthresh = cwnd/2$，$cwnd = ssthresh$（或 $ssthresh + 3$），直接进入拥塞避免（线性增长）；超时时 $ssthresh = cwnd/2$，$cwnd = 1$ MSS，重新进入慢启动。

例 1：经典拥塞控制过程

初始 $ssthresh = 16$ MSS，$cwnd = 1$ MSS。实际计算中通常简化为 cwnd 为整数（单位 MSS），每 RTT 计算一次。

假设 $RTT=7$ 时收到 3 个重复 ACK（快重传 + 快恢复）：$ssthresh = \frac{19}{2} = 9$（向下取整），$cwnd = 9$（408 通常取 $cwnd = ssthresh$），进入拥塞避免。

假设 $RTT=9$ 时发生超时：$ssthresh = \frac{11}{2} = 5$，$cwnd = 1$，进入慢启动。

例 2：408 考试经典题

设 TCP 的 ssthresh 初始值为 12（单位 MSS）。当拥塞窗口 cwnd 上升到 16 时，网络发生超时。求之后的 cwnd 变化过程。

解析：超时前 $cwnd = 16$，说明正处于拥塞避免阶段（已过慢启动）。

例 3：3 个重复 ACK 场景

$ssthresh = 8$，$cwnd = 10$（拥塞避免阶段），此时收到 3 个重复 ACK。