介绍tcp的滑动窗口和拥塞控制

滑动窗口和拥塞控制是 TCP（传输控制协议）确保可靠传输和网络效率的核心机制： - 滑动窗口：用于流量控制，通过动态调整窗口大小，控制发送方发送数据的速率，避免接收方缓冲区溢出。 - 拥塞控制：用于网络拥塞管理，通过算法（如慢启动、拥塞避免）调节发送速率，防止网络过载。

1. 滑动窗口

是什么

滑动窗口是 TCP 的流量控制机制，基于接收方的缓冲区容量，动态调整发送方可连续发送的数据量（窗口大小），无需等待每次确认。

工作原理

窗口大小：
由接收方在 TCP 报头中声明（Window 字段，单位字节）。
表示接收方当前可接受的数据量。
滑动过程：
- 当发送方发送窗口内的数据后，会等待接收方对这些数据进行确认。
- 接收方收到数据后，会发送 ACK 消息，同时在 ACK 中告知下一个期望的序号。
- 收到 ACK 后，发送方将窗口右移，视为数据已被成功接收，并可以在空出的窗口中发送新数据。
关键点：
发送窗口 ≤ 接收窗口。
窗口为 0 时，发送方暂停（零窗口探测）。

示例

接收窗口 = 4000 字节，发送方发送 1000 字节：
窗口剩余 3000。
接收方 ACK 后，窗口滑动，恢复 4000。

特点

高效：连续发送，减少等待。
动态：随接收方能力调整。

2. 拥塞控制

是什么

拥塞控制是 TCP 防止网络过载的机制，通过动态调整拥塞窗口（Congestion Window, cwnd），控制发送速率，避免数据包丢失和网络拥堵。

工作原理

核心变量：
cwnd：拥塞窗口，限制发送方未确认数据量。
ssthresh：慢启动阈值，决定算法切换。
实际窗口：
发送窗口 = min(接收窗口, 拥塞窗口)。
四个阶段：
慢启动（Slow Start）：
- cwnd 从 1 MSS（最大报文段）开始，每收到 ACK 翻倍（指数增长）。
- 直到 cwnd ≥ ssthresh。
拥塞避免（Congestion Avoidance）：
- cwnd 线性增长（每轮次 +1 MSS）。
- 预防拥塞。
快速重传（Fast Retransmit）：
- 收到 3 个重复 ACK，立即重传丢失包。
- cwnd 减半，ssthresh = cwnd。
快速恢复（Fast Recovery）：
- cwnd = ssthresh + 3，线性增长至稳定。

示例

初始：cwnd = 1 MSS，ssthresh = 16 MSS。
慢启动：1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16（达 ssthresh）。
拥塞避免：16 -> 17 -> 18。
丢包：cwnd 减半（如 9），ssthresh = 9，进入快速恢复。

算法实现

丢包检测：
超时（RTO）：cwnd 回退到 1，慢启动。
3 个重复 ACK：快速重传 + 恢复。

滑动窗口与拥塞控制的关系

区别：
滑动窗口：端到端流量控制，关注接收方能力。
拥塞控制：网络层控制，关注网络状态。
联系：
实际发送速率受两者共同限制：min(接收窗口, 拥塞窗口)。
滑动窗口保证接收不溢出，拥塞控制保证网络不拥堵。

延伸与面试角度

滑动窗口优化：
窗口缩放：TCP 选项扩展窗口（大于 64KB）。
零窗口探测：发送 1 字节探测接收方。
拥塞控制变种：
TCP Tahoe：丢包后慢启动。
TCP Reno：快速重传 + 恢复。
TCP Cubic：Linux 默认，窗口增长更平滑。
实际应用：
HTTP 下载：滑动窗口控制速率，拥塞控制避免丢包。
面试点：
问“滑动窗口”时，提流量控制和 ACK。
问“拥塞控制”时，提慢启动和快速重传。

总结

滑动窗口通过接收方窗口实现流量控制，拥塞控制通过 cwnd 和算法（如慢启动、拥塞避免）管理网络负载。二者协同确保 TCP 高效可靠。面试时，可画窗口图或提 TCP Reno，展示理解深度。