动画：如何给面试官回答 TCP 的拥塞控制？
作者 | 小鹿
来源 | 小鹿动画学编程
写在前边
对于 TCP 的拥塞控制，里边设计到很多细节，希望通过这一节能够将这部分内容串通起来，能够让你更深刻的记忆这部分内容。
思维导图
1
什么是拥塞控制？
拥塞控制是一种用来调整传输控制协议（TCP）连接单次发送的分组数量的算法。它通过增减单次发送量逐步调整，使之逼近当前网络的承载量。
简单易懂的话来说，所谓的拥塞控制，从字面的意思来讲，网络通信就像是一个水管里的水，如果水突然因为水管的赃物阻塞了，那么我们就应该采取一定的策略，让其在阻塞的时候如何处理。
2
为什么进行拥塞控制？
如果发送端要给接收端发送数据，只有当接收端接收到数据时，才会给发送端返回应答信息。如果接收端没有发送应答信息，发送端则认为该数据已经丢失，则进行重新发送。
其实我们也不知道接收端有没有接收，数据包到底在哪一步出现了问题呢？分为两种情况，如下：
1、数据包真的在半路丢失了。
2、网络通信处于拥挤状态，数据包还没有到达接收方。
我们的拥塞控制是主要针对于第二种情况的。如果网络信道中一直处于拥挤状态，那么发送端一直进行发送，就会变得更加的阻塞，而且同时白白浪费掉了网络的资源。
3
测试网络状况
我们进行拥塞控制之前，首先要判断网络信道是否阻塞了，当判断出网络阻塞时，我们才能进行拥塞控制。我们一般通过向网络中连续发送多个数据包来进行测试，测试过程中，如果发送数据包到达了一定的程度，网络通信就会阻塞。
有以下两种探测网络的情况，第一种就是逐渐递增发送数据包，第一次只发送一个数据包，第二次发送两个，第三次发送三个，以此类推，总会在一个点发送网络拥堵情况。
第二种情况就是指数型的增长，顾名思义，就是发送数据包以指数的形式进行增长，第一次发生一个，第二次发送两个，第三次发送四个...也会在某一时刻网络进行拥堵。
但是第一种方法有一个问题就是增长的太慢，当到达到拥塞时，需要经历很长的时间，这种探测的方式效率太低。
当我们使用第二种方法时，指数增长就会出现增长的太快，会错过增长的点。
既然两种方式各有所长，我们就结合两种方式，首先我们进行指数增长，我们设定一定的阀值，然后到达阀值之后，然后进行逐次递增，直到出现网络拥塞为止。
指数增长阶段称为慢启动。
逐次增长称之为拥塞避免。
4
什么是拥塞窗口？
我们把一次性能够发送的数据包多少的窗口称之为拥塞窗口。
我们通过控制发送窗口的大小，也就是发送数据包的多少来进行拥塞控制。
5
阻塞超时
当数据包增长到一定程度就会出现超时事件（阻塞），出现超时事件就认为网络拥塞了，不能再继续增长了，此时标记为一个最大值 M。
如果超时了之后，我们开始进行拥塞控制，怎么做呢？我们将增长的阀值进行降低，降低到 M 的一半大小，也就是 M/2。如下图所示，最大值为 24，此时发生拥塞，所以将阀值降为 12。
有的小伙伴就说了，你那超时不一定发生阻塞了，上边你也提到了，可能出现了数据包的丢失，那怎么判断这种情况呢？
5
判断发送超时的情况
我们上边也说了，超时存在两种情况，我们就采用连续发送 ACK 的方式来进行判断到底是网络阻塞了还是网络数据包丢失了。
如下图所示，如果发送一个数据包，接收端成功接收之后，就会返回一个响应数据包，然后发送端再次发送下一个数据包。
一旦发送端在发送数据包的时候中途丢失了，接收端会返回上一次接收的数据包的确认响应数据包，当发送端连续接收到三个相同的响应数据包时，就说明该数据包丢失了，然后快速重传该数据包。
然后会把我们的阀值设置为拥塞最大值 M 的一半，这时候的拥塞窗口的大小为 1，当拥塞窗口的大小等于阀值时，再进行线性增长。我们也把上边这种情况称之为快速恢复。
小结
今天主要分享了 TCP 的拥塞控制，为什么会有拥塞控制？如何进行拥塞控制以及如何判断网络中的情况。
通过拥塞控制，我们能够更好地进行数据高效的传输，除此之外，我们后边的文章还会更新 TCP 的流量控制，为了能够使得网络中的流量得到充分的利用。
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