6. TCP 拥塞控制的四个算法（热度 310 · 高频选考）
Q： 描述慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
A：
四个算法完整展开
1. 慢开始： cwnd 从约 1 MSS 起（概念题从 1 讲起；Linux 实现按 RFC 6928 从 TCP_INIT_CWND=10 起，ss -tin 可见 cwnd:10），每 ACK cwnd += 1 MSS → 一个 RTT 内大约翻倍，直到 cwnd ≥ ssthresh。动机：「慢」指起点低先探测，不是增长慢。 2. 拥塞避免： cwnd ≥ ssthresh 后，每个 RTT cwnd += 1 MSS（线性/加性增长），即 AIMD 中的 AI。 3. 快重传： 连续收到 3 个重复 ACK 立即重传丢失段，不等 RTO。为何是 3：1 个可能是乱序；3 个说明后续包已到而中间有洞。 4. 快恢复： 快重传后 ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh（或 ssthresh+3 变体），直接进入拥塞避免而不是回 1。动机：仍有后续 ACK，网络未严重瘫痪。
与超时重传的对照（高频）
| 事件 | ssthresh | cwnd | 之后阶段 |
|---|---|---|---|
| 超时重传 | cwnd/2 | 1 | 重新慢开始（认为网络严重拥塞） |
| 快重传+快恢复 | cwnd/2 | ≈ssthresh | 拥塞避免（网络仍有一定交付能力） |
状态机示意
diagram
cwnd=1 → 慢开始指数涨 → cwnd≥ssthresh → 拥塞避免线性涨
↑ │
│ 超时：ssthresh=cwnd/2, cwnd=1
│ │
└──────────────────────────────┘
3重复ACK：ssthresh=cwnd/2, cwnd=ssthresh → 拥塞避免加分点：现代算法
- CUBIC（Linux 默认）： 用三次函数窗口增长替代 Reno 线性增长，高带宽时延积网络收敛更快；以「距离上次拥塞事件的时间」为函数自变量。
- BBR（Google）： 基于带宽时延积（BDP）建模，测量瓶颈带宽与 RTT，不把丢包作为唯一拥塞信号；解决缓冲膨胀（bufferbloat）。部署上以 Google 自家服务与其自建网关（YouTube、Google 骨干等）最常见；Linux 发行版默认不启用，需先加载模块再切换：
modprobe tcp_bbr→sysctl -w net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr（未加载时tcp_available_congestion_control里根本看不到 bbr，本机实测只有reno cubic）。手机系统默认仍是 CUBIC；WebRTC 走的是 GCC + transport-cc（发送端自估时延梯度）而非内核 BBR，别把这两类当成 BBR 的普及证据。 sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control/sysctl net.ipv4.tcp_available_congestion_control可查看与切换。
常见追问
追问 1：慢开始为什么叫「慢」？增长是不是很慢？
- 答题要点： 名称源于「起点低、先小心试探」，不是增长慢；指数增长其实很快。对比「一开始就全速发送」，它在起点上「慢」。
追问 2：快重传和超时重传后窗口调整有何不同？为什么？
- 答题要点： 超时 → cwnd=1 重新慢开始（长时间无确认，可能严重拥塞）；3 重复 ACK → 快恢复，cwnd 降到约一半后线性增长（仍有 ACK 流，网络未完全瘫痪）。区别体现对拥塞严重程度的分级响应。
追问 3：BDP 是什么？和 TCP 窗口有什么关系？
- 答题要点： 带宽时延积 = 带宽 × RTT，表示「管道中能容纳的最大数据量」。发送窗口（尤其 min(rwnd,cwnd)）应 ≥ BDP 才能填满高带宽长延迟链路，否则链路空闲。BBR 正是围绕 BDP 建模。对应主库第 127 题。
易错点
| 易错说法 | 纠正 |
|---|---|
| 「慢开始增长慢」 | 起点低，但是指数增长 |
| 「3 个重复 ACK 后 cwnd=1」 | 那是超时；3 重复 ACK 走快恢复，cwnd≈cwnd/2 |
| 「拥塞避免阶段指数增长」 | 是每 RTT +1 MSS 的线性增长 |
| 「Linux 默认 Reno」 | 现行默认多为 CUBIC；Reno 是教材经典参照 |
| 「丢包一定表示拥塞」 | 传统算法这么假设；无线随机丢包、BBR 则不这么等同 |
与选择题对照
- 主库 150： 第 68 题（3 个重复 ACK 通常快速重传）、第 69 题（超时重传后 cwnd）、第 70 题（拥塞控制错误叙述）、第 71 题（快恢复结束后进入拥塞避免）、第 127 题（BDP）。
- 补题 16： 补-03/补-04（GBN/SR——「3 重复 ACK」思想的理论渊源，但 TCP 实现更接近 SR）。
- 口述联动： 选择题考「超时 vs 快恢复后 cwnd 怎么变」；面试要把「为什么分级」和 CUBIC/BBR 说清。
工程 / 抓包背景
- ss -ti： 观察
cwnd、ssthresh（若内核导出）、retrans。 - Wireshark： 看重复 ACK 数量、重传段；
tcp.analysis.fast_retransmission。 - iperf3 / netperf： 打流观察吞吐与丢包。
- Nginx： 对上游 TCP 一般不直接调拥塞算法；系统级可
sysctl -w net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr（需内核模块）。 - curl： 对比不同网络环境（高 RTT）下加载时间，可感知窗口与 BDP 问题。