在实践中，丢包一般是当网络变得拥塞时由于路由器缓存溢出引起的。分组重传因此作为网络拥塞的征兆来对待，但是却无法处理导致网络拥塞的原因，因为有太多的源想以过高的速度发送数据。为了处理网络拥塞原因，需要一些机制以在面临网络拥塞时遏制发送方。

拥塞代价

1、时延大。（排队）

2、发送方在遇到大时延时所进行的不必要重传会引起路由器利用其链路带宽来转发不必要的分组副本。

3、发送方必须执行重传以补偿因为缓存溢出而丢弃的分组。

4、当一个分组沿一条路径被丢弃时，每个上游路由器用于转发该分组到丢弃该分组而使用的传输容量最终被浪费掉了。

拥塞控制方法

1、端到端拥塞控制方法。网络层没有为运输层拥塞控制提供显示支持。当网络中存在拥塞，端系统也必须通过对网络行为的观察（如分组丢失与时延）来推断。tcp必须通过端到端的方法解决拥塞控制，因为ip层不会向端系统提供有关网络拥塞的反馈信息。

2、网络辅助的拥塞控制。在网络辅助的拥塞控制中，网络层构件（即路由器）向发送方提供关于网络中拥塞状态的显示反馈信息，通常有两种方式。一是直接反馈信息可以有网络路由器发给发送方。二是路由器标记或更新从发送方流向接收方的分组中的某个字段来只是拥塞的产生。一旦受到一个标记的分组，接收方就会向发送方通知该网络拥塞指示。注意到后一种形式的通知至少要经过一个完整的往返时间。

TCP拥塞控制

TCP必须使用端到端拥塞控制而不是网络辅助的拥塞控制，因为IP层不向端系统提供显示的网络拥塞反馈。

TCP所采用的方法是让每一个发送方根据所感知到的网络拥塞程度来限制其能向连接发送流量的速率。如果一个TCP发送方感到从它到目的地之间的路径上没什么拥塞，则tcp发送方增加其发送速率；如果发送方感知沿着该路径有拥塞，则发送方就会降低其发送速率。

TCP如何限制向其连接发送流量的？

运行在发送方的tcp拥塞控制机制跟踪一个额外的变量，即拥塞窗口（congestion window)，表示为cwnd，它对一个tcp发送方能向网络中发送流量的速率进行了限制。特别是，在一个发送方中未被确认的数据量不会超过cwnd和rwnd中的最小值。

TCP发送方是如何感知到在它与目的地之间的路径上出现了拥塞的？

TCP发送方的“丢包事件”定义为：要么出现超时，要么收到来自接收方的3个冗余ACK（总共4个确认）。当出现过度的拥塞时，在沿着这条路径上的一台（或多台）路由器的缓存会溢出，引起一个数据报（包含一个TCP报文段）被丢弃。丢弃的数据报接着会引起发送方的丢包事件（要么超时要么收到3个冗余ACK），发送方就认为在发送方到接收方的路径上出现了拥塞。

给定cwnd值以控制发送速率的机制，tcp发送方怎样确定它应当发送的速率？

如果众多tcp发送方总体上发送太快，他们会拥塞网络，导致拥塞奔溃。然而，如果tcp发送方过于谨慎，发送太慢，他们不能充分利用网络的带宽。那么tcp发送方如何确定它们的发送速率，既使得网络不会拥塞，与此同时又能充分利用所有可用的带宽？tcp使用下列指导性原则回答这些问题：

1、一个丢失的报文段表意味着拥塞，因此当丢失报文段时应当降低tcp发送方的速率。

2、一个确认报文段只是该网络正在向接收方交付发送方的报文段，因此，当对先前未确认把文段的确认到达时，能够增加发送方的速率。

3、带宽探测。给定ACK指示原道目的地路径无拥塞，而丢包事件指示路径拥塞，TCP调节传输速率的策略是增加其速率以响应到达的ACK，除非出现丢包事件，此时才减小传输速率。

TCP拥塞控制算法

tcp采用的拥塞控制算法包括3个主要部分①慢启动；⑵拥塞避免；⑶快速恢复。慢启动和拥塞避免是tcp的强制部分，两者的差异在于对收到的ack做出反应时增加cwnd长度的方式。快速恢复是推荐部分，对tcp发送方并非是必需的。

慢启动

在慢启动状态，cwnd的值以1个MSS（最大报文段长度Maximum Segment Size,MSS，是指在报文段里应用层数据的最大长度，而不是指包括tcp首部的tcp报文段的最大长度）开始并且每当传输的报文段首次被确认就增加一个MSS（总的cwnd每次变成原来的两倍，指数增长）。

何时结束这种指数增长呢？

首先，如果存在一个有超时指示的丢包时间，tcp发送方将cwnd设置为1,并重新开始慢启动过程。它还将第二个状态变量的值sshthresh（慢启动阈值）设置为cwnd/2,即当检测到拥塞时将sshthresh置为拥塞窗口值的一般。

当cwnd的值等于sshthresh时，结束慢启动并且tcp转移到拥塞避免模式。

如果检测到3个冗余的ACK，这是tcp执行一种快速重传并进入快速恢复状态。

拥塞避免

在拥塞避免模式下，通用的方法是对于tcp发送方无论何时到达一个新的确认，就将cwnd增加一个MSS（线性增长）。

何时结束这种线性增长呢？

当出现超时时，与慢启动的情况一样，cwnd的值被设置为一个MSS，当丢包事件出现时，sshthresh的值被更新为cwnd值的一半。

若是出现3个冗余ACK，tcp将sshthresh的值设置为cwnd的一半，被将cwnd设置成cwnd=sshthresh+3*MSS，接下来进入快速恢复状态。

快速恢复

对于引起tcp进入快速恢复状态的缺失报文段，对收到的每个冗余的ACK，cwnd的值增加一个MSS。最终，当对丢弃报文段的一个ACk到达时，TCP在降低cwnd后进入拥塞避免状态。

如果出现超时事件，快速恢复在执行如同在慢启动和拥塞避免中相同的动作后，迁移到慢启动状态。

本文主要参考《计算机自顶向下学习方法》一书，仅做读书笔记用。