1.滑动窗口
TCP使用滑动窗口机制来控制数据发送速度。滑动窗口机制的实现方式是发送方发出的数据，仍然保留在发送缓存中，收到接收方的确认应答后才从发送缓存中丢弃。
1.1 发送窗口
滑动窗口的大小由发送方的发送窗口swnd确定，表示发送方不必等待接收方确认可以连续发送的数据量。
发送方的发送窗口swnd取接收方的接收窗口rwnd和发送方的拥塞窗口cwnd两者中的较小值，即swnd = min（rwnd, cwnd）。接收窗口rwnd和拥塞窗口cwnd是不断变化，动态调整的，所以发送窗口swnd也是不断变化的。
接收窗口rwnd是接收方在确认数据时向发送方通告的值，表示接收方当前可用的接收缓存大小。TCP使用接收窗口rwnd实现流量控制，避免发送方发送的数据量超出接收方的处理能力。
拥塞窗口cwnd是发送方自己估算出的值，表示当前网络状况允许的合适数据发送速度。TCP使用拥塞窗口cwnd实现拥塞控制，避免发送方发送的数据量超过网络的处理能力。
1.2 最大报文段
最大报文段MSS = MTU -- TCP头部 -- IP头部 = 1500 -- 20 -- 20 = 1460。
TCP 连接建立时，通信双方建立连接时在SYN报文的选项字段中交换各自支持的MSS 值，最终取双方都支持的较小值作为实际使用的 MSS。
通信双方协商MSS的好处：
（1）可以避免 IP 分片，TCP 通过MSS控制数据段大小，确保数据在传输前就被分割成合适的块，避免 IP 层分片重组带来的性能损耗。
（2）可以优化传输效率。太小的MSS会增加协议头比例，降低有效数据传输效率。太大的 MSS可能导致数据包在某些网络设备上被丢弃。
（3）在带宽充足的网络中，适当增大MSS可显著提升传输性能，提高吞吐量。
2. 流量控制
发送方根据接收方确认的接收窗口rwnd获知接收方的数据处理能力，实现流量控制。
2.1 接收窗口rwnd
TCP头部包含窗口大小字段。接收方收到数据后，会在确认数据的应答ACK报文中通告自己的接收窗口rwnd，告知发送方自己当前可用的缓存大小，作为发送方控制数据发送速度的一个参考因素。
2.2 窗口扩大因子
TCP头部接收窗口大小只有16位，最大值是64k，真实的接收缓存可能要大得多，收发双方可以使用窗口扩大因子选项来协商实际窗口的放大倍数。
窗口扩大因子必须在建立TCP连接时协商设置，连接建立之后不可更改，连接双方使用SYN和SYN-ACK报文携带TCP头部窗口扩大因子选项，互相告知对方自己的接收窗口大小。
实际接收窗口大小 = TCP头部接收窗口大小 * 窗口扩大因子
2.3 窗口收缩
当服务端系统资源非常紧张的时候，操作系统可能会直接减少接收缓冲区大小，若应用程序无法及时读取缓存数据，就会出现数据丢失。为了避免数据丢失，TCP规定不允许同时减少接收缓存又收缩窗口，而是采用先收缩窗口，过段时间再减少缓存。
2.4 窗口关闭
如果没有可用缓存，接收方会在ACK报文中把接收窗口大小设置为0，阻止发送方继续发送数据，这就是窗口关闭。
当发生窗口关闭时，接收方处理完数据后，会在ACK报文中把接收窗口大小设置为非0，通知发送方可以恢复数据发送。
如果通告窗口变化的ACK 报文在网络中丢失了，发送方就无法继续发送数据。为了解决这个问题，TCP 为每个连接设有一个持续定时器，只要TCP连接一方收到对方的窗口关闭通知，就启动持续计时器。
如果持续计时器超时，发送方会发送窗口探测报文，接收方在应答这个探测报文时，给出自己现在的接收窗口大小。
窗口探测的次数一般为3，每次大约30-60 秒，不同的实现可能会不一样。如果3次过后接收窗口还是0的话，有的TCP实现就会发RST报文来重置连接。
2.5 糊涂窗口综合症
如果接收方来不及取走接收缓存里的数据，就会导致发送方的发送窗口越来越小。如果接收方应用层从接收缓存中读取几个字节后，协议栈立即通知发送方现在有几个字节的窗口，发送方立即发送几个字节的数据，就会出现糊涂窗口综合症。
出现糊涂窗口综合症的原因是：接收方通告一个小窗口，发送方发送小数据包。
要解决糊涂窗口综合症，就要让接收方不通告小窗口，让发送方避免发送小数据包。
2.5.1 接收方不通告小窗口
当窗口小于min(MSS， 接收缓存/2 ) ，也就是小于MSS与接收缓存一半中的最小值时，就会向发送方通告窗口为0，阻止发送方继续发数据。等接收方从缓存中读取一些数据后，窗口大小 >= MSS，或者接收方接收缓存有一半可以使用，就可以开启窗口让发送方继续发送数据。
2.5.2 发送方不发送小数据包
发送方可以使用Nagle算法来控制尽量不发送小数据包。
启用Nagle算法，只有满足两个条件中的任意一个后，协议栈才继续发送数据：
（1）数据量大小 >= MSS，且窗口大小 >= MSS；
（2）收到接收方对上个小数据包的ACK，即最多只允许有一个未被确认的小数据包（数据量< MSS）。
Nagle算法默认是打开的，实时交互式应用需要关闭Nagle算法，如telnet或ssh等。可以通过为套接字设置TCP_NODELAY选项来关闭Nagle算法。
3.拥塞控制
发送方根据网络状况动态估算可以发送的数据量，实现拥塞控制。
发送方根据拥塞窗口cwnd和慢启动阈值ssthresh（slow start threshold）之间的数值关系来选择不同的拥塞控制算法。
cwnd < ssthresh时，使用慢启动算法。
cwnd == ssthresh时，既可以使用慢启动算法，也可以使用拥塞避免算法。
cwnd > ssthresh时，使用拥塞避免算法。
拥塞控制算法的切换过程入下图所示：
3.1 慢启动
TCP连接刚建立时，使用慢启动算法，先少发点数据试探，每经历一轮RTT，发送数据量就指数性快速增长，直到达到慢启动阈值ssthresh。
TCP连接刚建立时，拥塞窗口cwnd的默认初始值一般是几个MSS，假设为1个MSS，慢启动阈值ssthresh的默认初始值一般是65536字节。
慢启动算法的进入条件是：cwnd < ssthresh。
慢启动算法只改变cwnd的值，不改变ssthresh的值。
慢启动算法改变cwnd的规则是：发送方每收到一个ACK，cwnd增加1个MSS。
若当前cwnd=N * MSS，一轮RTT会连续发出N个MSS数据包（假设cwnd < rwnd，发送方不必等接收方应答ACK即可连续发送的数据量是cwnd），相应地也会连续收到接收方应答的N个ACK，接收方收到N个数据包后只合并应答1个ACK的情况按应答N个ACK算。也即一轮RTT后cwnd = cwnd + N * MSS = N * MSS + N * MSS = 2* N * MSS = 2cwnd。相当于每经历一轮RTT，cwnd增加1倍，所以慢启动算法的数据发送速度是指数性快速增长的。
3.2 拥塞避免
当发送数据量达到慢启动阈值ssthresh后，发送方会启用拥塞避免算法，发送数据量不再指数性快速增长，而是线性缓慢增长，这样可以防止短时间内发送大量数据造成网络拥塞。
拥塞避免算法的进入条件是：cwnd > ssthresh。
拥塞避免算法只改变cwnd的值，不改变ssthresh的值。
拥塞避免算法改变cwnd的规则是：发送方每收到一个ACK ，cwnd增加(1/cwnd)* MSS。
若当前cwnd=N * MSS，一轮RTT会连续发出N个MSS数据包（假设cwnd < rwnd，发送方不必等接收方应答ACK即可连续发送的数据量是cwnd），相应地也会连续收到接收方应答的N个ACK，接收方收到N个数据包后只合并应答1个ACK的情况按应答N个ACK算。也即一轮RTT后cwnd = cwnd + N * (1/cwnd) * MSS = N * MSS + N * (1/N) * MSS = (N+1) * MSS。相当于每经历一轮RTT，cwnd增加1个MSS，所以拥塞避免算法的数据发送速度是线性缓慢增长的。
3.3 拥塞发生
发送方发出的数据丢失，或者接收方应答的ACK报文丢失，导致发送方没有及时收到接收方的应答ACK，会让发送方认定数据传输超时，启动超时重传。
发生超时重传后，发送方会使用拥塞发生算法改变ssthresh和cwnd的值，具体改变为：
（1）ssthresh设为当前cwnd的一半，即ssthresh = cwnd/2。
（2）cwnd重置为初始值，假设为1个MSS。
使用拥塞发生算法后，ssthresh和cwnd迅速减小，数据发送速度会迅速下降。
使用拥塞发生算法改变ssthresh和cwnd，会导致cwnd 小于 ssthresh，此后，发送方会重新使用慢启动算法控制数据发送速度，如下图所示。
3.4 快速恢复
3.4.1 快速重传
发送方连续发出多包数据，若前边部分数据丢失，后续每次发送的数据到达接收方后，接收方应答的ACK报文TCP头部填入的期望序列号都是前边丢失部分数据的起始序列号。
发送方连续收到3个期望序列号相同的ACK后，可以获知前边部分数据丢失，会立即重传丢失的部分数据，不必等待超时，这就是快速重传。
快速重传能够避免等待 RTO 超时带来的延迟，大大缩短了丢包后的恢复时间，适用于丢包率较高但延迟较低的网络环境。
3.4.2 快速恢复
因为发送方既然能收到3个重传的ACK，说明发送方发送的数据大部分到达了接收方，丢包率不高，也说明网络拥塞并不严重，不需要把数据发送速度降得过低。
发生快速重传后，发送方会使用快速恢复算法改变cwnd和ssthresh的值，具体改变为：
（1）ssthresh设为当前cwnd的一半，即ssthresh = cwnd/2。
（2）cwnd = ssthresh + 3*MSS。
发送方收到3个重复的ACK，所以cwnd在ssthresh的基础上加3个MSS。
使用快速恢复算法改变ssthresh和cwnd后，会导致cwnd大于ssthresh。
若快速重传的数据及时收到接收方的应答ACK，则发送方会使用拥塞避免算法控制数据发送速度。
若快速重传的数据超时仍未收到接收方的应答ACK，则会产生超时重传，发送方会使用慢启动算法控制数据发送速度。