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TCP流量控制与拥塞控制：核心机制与区别

news 来源：原创 2025/6/23 6:57:26

一、TCP流量控制（Flow Control）

定义：通过调节发送方的发送速率，确保接收方能够及时处理数据，避免缓冲区溢出。
本质：解决发送方与接收方之间的"端到端"速率匹配问题。

1. 实现机制：滑动窗口协议

窗口大小（Window Size）：接收方通过TCP报文段中的窗口字段告知发送方自己当前的接收缓冲区可用空间。
动态调整过程：
1. 接收方收到数据后，在ACK中反馈剩余缓冲区大小（即窗口大小）。
2. 发送方根据窗口大小限制发送数据量，窗口为0时暂停发送。
示例：若接收方缓冲区大小为1000字节，已占用400字节，则窗口大小为600字节，发送方最多发送600字节数据。

2. 关键问题与解决方案

窗口关闭（Zero Window）：当接收方缓冲区满时，发送窗口为0的ACK，发送方进入等待状态。
- 解决：接收方定期发送"窗口探测报文"（Window Probe），通知发送方窗口更新。
糊涂窗口综合征（Silly Window Syndrome）：接收方频繁发送小窗口通知，导致发送方发送大量小包，浪费网络资源。
- 解决：
  - 接收方策略：缓冲区达到一半或最大段大小（MSS）时再通知窗口更新。
  - 发送方策略：使用Nagle算法，将小包合并为大包发送。

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二、TCP拥塞控制（Congestion Control）

定义：通过监控网络负载情况，动态调整发送方的发送速率，避免网络拥塞（如分组丢失、延迟激增）。
本质：解决网络中多发送方与路由器之间的"全局"流量管理问题。

1. 核心算法：四阶段控制模型

1. 慢开始（Slow Start）
- 初始拥塞窗口（cwnd）设为1个MSS，每次收到ACK后cwnd按指数增长（×2）。
- 触发条件：连接建立或超时重传后。
- 阈值（ssthresh）：当cwnd超过ssthresh时，切换到拥塞避免阶段。
2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
- cwnd按线性增长（每轮RTT增加1个MSS），避免网络负载激增。
- 当检测到丢包时，进入快重传或慢开始。
3. 快重传（Fast Retransmit）
- 若收到3个重复ACK，认为分组丢失，立即重传而不等待超时。
- 重传后将ssthresh设为当前cwnd的一半，cwnd设为ssthresh，进入快恢复。
4. 快恢复（Fast Recovery）
- 不执行慢开始，直接从拥塞避免阶段继续，cwnd线性增长。

2. 拥塞检测机制

丢包检测：
- 超时（Timeout）：未收到ACK且等待时间超过阈值，认为严重拥塞，触发慢开始。
- 重复ACK：收到3次相同ACK，认为分组丢失，触发快重传。

三、流量控制与拥塞控制的对比

维度	流量控制	拥塞控制
目标	防止接收方缓冲区溢出	防止网络整体拥塞
控制范围	端到端（发送方与接收方之间）	全局（整个网络路径）
触发因素	接收方缓冲区容量	网络中路由器队列溢出、分组丢失
关键参数	接收窗口（rwnd）	拥塞窗口（cwnd）、阈值（ssthresh）
实现方式	接收方反馈窗口大小	发送方主动调整发送速率
典型算法	滑动窗口协议	慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复

四、实际应用与案例

流量控制场景：手机APP与服务器通信时，若手机内存有限，服务器需根据手机反馈的窗口大小调整发送速率，避免APP崩溃。
拥塞控制场景：当网络中多个用户同时下载大文件时，TCP通过拥塞控制算法自动降低每个连接的发送速率，避免路由器拥塞导致全网瘫痪。

五、总结

TCP通过流量控制和拥塞控制的协同工作，在复杂网络环境中实现了可靠性与效率的平衡：

流量控制确保数据"送得进去"（接收方处理能力）；
拥塞控制确保数据"送得出去"（网络路径通畅）。
两者缺一不可，共同构成了TCP协议在互联网中稳定运行的核心基础。

六、整体流程

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最开传送数据的时候，会采用慢开始算法，执行到我们的拥塞窗口的值，达到慢开始门限的值之后，就开始执行拥塞避免算法，拥塞避免执行到什么时候呢？这时候分为两种情况：第一种是发生超时，第二种是收到3个ACK（确认）分组。发生超时的时候，它会将慢开始的门限值变为当前拥塞窗口（cwnd）的一半，同时将拥塞窗口的值变为1，重新执行慢开始算法。同样的，达到慢开始门限值之后，执行拥塞避免算法，这是第一种情况，发生超时的情况。第二种情况就是收到3个确认的分组，这种情况的话，它会将它慢开始的门限值变为当前拥塞窗口的一半，同时也将拥塞窗口的值变为当前拥塞窗口的一半，也就是和调整后的慢开始门限值相同。这时候执行的是快恢复算法。