TCP拥塞窗口是什么

TCP拥塞窗口（cwnd）是TCP协议中拥塞控制机制的核心组成部分。它是一个由发送方维护的状态变量，用来估算在造成网络拥塞之前，可以向网络中发送多少数据。简而言之，cwnd是发送方根据自己感知的网络拥塞程度而动态调整的“发送许可”大小。

为了避免过多的数据注入网络导致路由器或链路过载，TCP发送方在任何时刻的实际发送窗口大小取决于两个因素：拥塞窗口（cwnd）和接收方通告的接收窗口（rwnd）。

发送窗口 (swnd) = min(cwnd, rwnd)

拥塞窗口的大小并非固定不变，而是根据网络的实时状况动态调整。其基本调节原则是：

TCP通过一套复杂的算法来管理cwnd的变化，这套算法通常包括四个主要阶段：慢启动（Slow Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快速重传（Fast Retransmit）和快速恢复（Fast Recovery）。

这四个阶段共同协作，精细地调节cwnd的大小。

当TCP连接刚建立时，发送方对网络状况一无所知。为了避免一开始就发送大量数据包导致网络瘫痪，它会采用一种保守的探测方式，这个阶段就是“慢启动”。

初始值：连接建立之初，cwnd被初始化为一个较小的值，通常是1个MSS（Maximum Segment Size，最大报文段大小）。
指数增长：每当发送方收到一个对新数据的ACK确认时，cwnd就会增加一个MSS。实际效果是，每经过一个往返时间（RTT），cwnd的大小就会翻倍（指数级增长）。
“慢”的误解：慢启动的“慢”指的是初始窗口小，而非增长速度慢。实际上，它的指数增长速度非常快。

指数增长不能无限持续，否则很快会占满网络带宽并导致拥塞。为此，需要一个状态变量叫做慢启动阈值（ssthresh）。

进入条件：当cwnd的大小增长到ssthresh时，慢启动阶段结束，进入拥塞避免阶段。
线性增长：进入拥塞避免阶段后，cwnd的增长方式变得更加缓和。不再是指数增长，而是每经过一个RTT，cwnd只增加一个MSS的大小（加法增大）。这种线性增长的方式可以更温和地探测可用带宽。

当网络中发生数据包丢失时，TCP会将其视为网络拥塞的信号，并立即采取措施减小cwnd。丢包的判断主要有两种方式：

超时重传 (Timeout Retransmission)：这是网络拥塞的强烈信号。如果发送方在等待一个ACK时发生超时，TCP会认为网络状况非常糟糕。
- ssthresh会减为当前cwnd的一半。
- cwnd会骤降至初始值1个MSS。
- 发送方重新进入慢启动阶段。
快速重传 (Fast Retransmit)：这是相对较弱的拥塞信号。当发送方连续收到三个或以上相同的（重复的）ACK时，它会认为这个ACK对应的序列号之后的数据包很可能丢失了，但网络并未完全瘫痪，因为后续的数据包还能到达接收方。
- 发送方不等超时计时器结束，立即重传丢失的数据包。
- 这触发了快速恢复阶段。

快速重传触发后，TCP认为没有必要像超时重传那样 drastic地将cwnd降为1，因为连续的重复ACK表明网络中仍有数据在正常传输。

乘法减小：ssthresh和cwnd都会被设置为当前cwnd值的一半（乘法减小），而不是直接降为1。
避免慢启动：之后，TCP不会进入慢启动阶段，而是直接开始拥塞避免阶段的线性增长。有些实现中，在收到重复ACK时还会临时性地增加cwnd，以发送新的数据包，尽快填补网络管道。