TCP的流量控制和拥塞控制

TCP 作为面向连接的可靠传输协议，面临两个核心挑战：

为解决这两个问题，TCP 设计了两套互补的控制机制：

TCP 流量控制的目标是使发送方的发送速率与接收方的接收能力相匹配，避免接收缓冲区溢出。其核心实现是滑动窗口机制，由接收方通过 "接收窗口（rwnd）" 主动告知发送方可接受的数据量。

接收窗口的定义：接收窗口是接收方当前可用的缓冲区大小，随接收方处理能力动态变化
窗口通告机制：
- 接收方在每个 ACK 报文的 "Window" 字段中告知发送方当前的 rwnd 值
- 如果接收缓冲区已满，rwnd 将设为 0，发送方会暂停发送
- 当接收方处理完部分数据释放缓冲区后，会主动发送一个携带新 rwnd 值的 ACK（窗口更新报文）
发送窗口的约束：发送方的未确认数据量不能超过接收窗口大小，即：
复制代码
```
未确认数据量 ≤ rwnd
```

TCP 滑动窗口是实现流量控制的核心技术，它通过维护一个动态变化的窗口来管理已发送但未确认、可发送但未发送的数据：

当接收方确认数据后，窗口会向右滑动，释放出新的可发送空间。这种机制既保证了数据有序传输，又实现了接收方对发送速率的精确控制。

拥塞控制关注的是整个网络的状态，目标是避免发送方发送的数据量超过网络链路的承载能力。与流量控制不同，拥塞控制主要由发送方根据网络状况自主调节，核心是拥塞窗口（cwnd） 机制。

TCP 拥塞控制通过四个阶段动态调整 cwnd 大小，经典实现包括：

慢启动（Slow Start）
- 初始阶段，cwnd 从较小值（通常为 1-2 个报文段）开始
- 每收到一个 ACK，cwnd 就加倍（指数增长）
- 直到 cwnd 达到慢启动阈值（ssthresh），进入拥塞避免阶段
- 目的：快速探测网络可用带宽，同时避免突然发送大量数据导致拥塞
拥塞避免（Congestion Avoidance）
- cwnd 达到 ssthresh 后，不再指数增长，而是每轮 RTT（往返时间）增加 1 个报文段（线性增长）
- 这种缓慢增长的方式避免网络突然拥塞
- 持续此阶段直到检测到网络拥塞
拥塞检测与恢复
- 当检测到丢包（超时或收到 3 个重复 ACK）时，认为网络出现拥塞
- 此时将 ssthresh 设为当前 cwnd 的一半，并重置 cwnd
- 根据丢包情况不同，有两种恢复策略：
  - 超时重传：cwnd 重置为 1，重新进入慢启动
  - 快速重传与快速恢复：cwnd 重置为 ssthresh，直接进入拥塞避免

随着网络发展，出现了许多改进的拥塞控制算法，如：

这些算法在不同网络环境下各有优势，共同目标是在保证网络稳定的前提下最大化吞吐量。

流量控制和拥塞控制并非孤立存在，而是通过 "实际发送窗口" 紧密协作：

这种协同机制使 TCP 能够在复杂多变的网络环境中自适应调整发送速率，实现高效可靠的数据传输。

流量控制的 "主动权在接收方"：接收方通过告诉发送方 "我还能接多少数据"（接收窗口 rwnd），直接控制发送速率，防止自己处理不过来。就像快递收件人告诉快递员 "我家只能放 5 个包裹，多了放不下"，收件人（接收方）主导节奏。
拥塞控制的 "决策在发送方"：发送方通过观察网络状态（比如是否丢包、延迟是否增加），自己判断 "网络能承受多少数据"（拥塞窗口 cwnd），主动放慢或加快速度。就像司机看到前方堵车，会主动减速，不需要路人指挥，自己根据路况调整。