TCP 拥塞控制算法 —— 慢启动（Slow Start）笔记

一、TCP 拥塞控制概述

TCP 拥塞控制（Congestion Control）是指在网络发生拥塞时，控制数据发送速率，避免网络资源被耗尽。
主要采用四种机制：

• 慢启动（Slow Start）
• 拥塞避免（Congestion Avoidance）
• 快重传（Fast Retransmit）
• 快恢复（Fast Recovery）

本节重点介绍 慢启动。

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二、慢启动（Slow Start）原理

2.1 慢启动的目的

• 防止初始阶段因发送速率过快导致网络拥塞
• 通过逐步探测网络的可用带宽

2.2 工作机制

• 初始阶段：

  • 拥塞窗口（cwnd）设置为 1 MSS（最大报文段）
  • 每收到一个确认（ACK），cwnd 增加 1 MSS

• 指数增长：

  • 每个 RTT（往返时延），cwnd 会翻倍
  • 这种指数增长会持续到达到一个阈值（ssthresh）

• 达到阈值后：

  • 切换到 拥塞避免 阶段，改为线性增长

2.3 关键参数

参数	说明
cwnd	拥塞窗口，控制发送端能发送的未确认数据量
ssthresh	拥塞窗口阈值，慢启动和拥塞避免的分界点
MSS	最大报文段长度，通常为 1460 字节

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三、慢启动过程图示

时间轴
|
| cwnd = 1
| cwnd = 2  （收到1个ACK，增长1）
| cwnd = 4  （收到2个ACK，各增长1）
| cwnd = 8  （收到4个ACK，各增长1）
| ...
| cwnd >= ssthresh（进入拥塞避免）
|

• 每轮 RTT，cwnd 翻倍
• 增长速度很快，直到接近带宽上限或发生丢包

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四、慢启动与拥塞避免的关系

• 慢启动阶段：
  快速增长，指数级
• 拥塞避免阶段：
  缓慢增长，线性级

如果发生超时或丢包，ssthresh 通常会减半，cwnd 重置为 1，重新进入慢启动。

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五、触发条件与阈值调整

事件	动作
正常 ACK 收到	cwnd 按规则增长
超时发生	ssthresh = cwnd / 2，cwnd 重置为 1
快重传触发	ssthresh = cwnd / 2，进入快恢复

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六、慢启动和带宽利用

• 慢启动能快速增加数据发送速率，充分利用带宽
• 但如果 ssthresh 设置不当，可能触发丢包或超时
• 实际应用中，TCP 会根据网络状态动态调整

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七、典型 TCP 拥塞控制曲线

cwnd
^
|         /-- 慢启动 (指数增长)
|        /
|       / 
|------/---- 拥塞避免 (线性增长)
|     /
|    /
|---/---- 丢包发生，cwnd 收缩
|
+---------------------> 时间

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八、常见面试高频考点

• 为什么叫慢启动？
  相对于直接满速发送，“慢启动” 是指从 1 MSS 开始，防止瞬间占满带宽，实际增长很快。

• 慢启动会一直进行下去吗？
  不会，达到 ssthresh 后转为拥塞避免，发生丢包会重置。

• 丢包后会怎样？
  超时重传会让 cwnd 重置为 1，进入慢启动，ssthresh 设为 cwnd / 2。

• 慢启动是拥塞控制还是流量控制？
  拥塞控制，面向网络，防止网络拥塞。

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九、总结

特性	说明
控制目的	探测网络可用带宽，防止一开始发送过快
窗口增长	每收到一个 ACK，cwnd 增加 1 MSS
增长模式	指数增长
切换条件	cwnd >= ssthresh 后，进入拥塞避免
丢包处理	cwnd 重置，ssthresh 调整