拥塞窗口（Congestion Window，简称cwnd）是TCP协议中用于防止网络拥塞的一种重要机制。它是在发送端采用的一种“拥塞避免”算法和“慢速启动”算法相结合的机制，用于控制发送端向网络中注入的数据量，从而避免网络拥塞。以下是关于拥塞窗口的详细解释：
定义与作用
- 定义：拥塞窗口是TCP发送端维护的一个可滑动窗口，用于控制发送端在任何时候可以发送的最大字节数。它的大小取决于网络的拥塞程度，并动态变化。
- 作用：防止网络拥塞，通过调整发送速率来适应网络状况，确保网络的平稳运行。
工作原理
拥塞窗口的工作原理主要基于“慢速启动”和“拥塞避免”两种算法：
- 慢速启动（Slow Start）：
- 在TCP连接建立后，拥塞窗口初始化为一个较小的值（通常为1个报文段的大小）。
- 每收到一个来自接收端的确认（ACK），拥塞窗口的大小就增加一个报文段的大小。
- 当拥塞窗口的大小达到某个阈值（slow start threshold，简称ssthresh）时，慢速启动阶段结束，进入拥塞避免阶段。
- 拥塞避免（Congestion Avoidance）：
- 在拥塞避免阶段，拥塞窗口的大小不再以指数方式增长，而是改为线性增长。
- 具体来说，每经过一个往返时间（RTT），拥塞窗口的大小就增加1个报文段的大小。
- 如果在传输过程中出现丢包（即未收到确认），则认为网络发生拥塞，此时会将ssthresh设置为当前拥塞窗口大小的一半（但不小于2），并将拥塞窗口重置为1，重新开始慢速启动过程。
相关算法
除了慢速启动和拥塞避免算法外，TCP还采用了快速重传（Fast Retransmit）和快速恢复（Fast Recovery）算法来进一步优化拥塞控制：
- 快速重传：当接收端收到一个失序的报文段时，会立即发送重复确认（duplicate ACK）给发送端。如果发送端连续收到三个重复确认，就认为有报文段丢失，并立即重传该报文段，而无需等待超时定时器到期。
- 快速恢复：在快速重传后，发送端将ssthresh设置为当前拥塞窗口大小的一半，并将拥塞窗口设置为ssthresh加上3个报文段的大小。然后，每收到一个重复的确认，拥塞窗口就增加1个报文段的大小，并发送一个新的报文段。当下一个确认新数据的ACK到达时，拥塞窗口被设置为ssthresh，进入拥塞避免阶段。
网络中的链路容量和交换结点中的缓存和处理机都有着工作的极限，当网络的需求超过它们的工作极限时，就出现了拥塞。拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。常用的方法就是：
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慢开始、拥塞控制
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快重传、快恢复
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一切的基础还是慢开始，这种方法的思路是这样的：
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发送方维持一个叫做“拥塞窗口”的变量，该变量和接收端口共同决定了发送者的发送窗口；
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当主机开始发送数据时，避免一下子将大量字节注入到网络，造成或者增加拥塞，选择发送一个1字节的试探报文；
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当收到第一个字节的数据的确认后，就发送2个字节的报文；
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若再次收到2个字节的确认，则发送4个字节，依次递增2的指数级；
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最后会达到一个提前预设的“慢开始门限”，比如24，即一次发送了24个分组，此时遵循下面的条件判定：
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上述方法的目的是在拥塞发生时循序减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够的时间把队列中积压的分组处理完毕。慢开始和拥塞控制算法常常作为一个整体使用，而快重传和快恢复则是为了减少因为拥塞导致的数据包丢失带来的重传时间，从而避免传递无用的数据到网络。快重传的机制是：
-1. 接收方建立这样的机制，如果一个包丢失，则对后续的包继续发送针对该包的重传请求；
-2. 一旦发送方接收到三个一样的确认，就知道该包之后出现了错误，立刻重传该包；
-3. 此时发送方开始执行“快恢复”算法：
*1. 慢开始门限减半；
*2. cwnd设为慢开始门限减半后的数值；
*3. 执行拥塞避免算法（高起点，线性增长）；
总结
拥塞窗口是TCP协议中用于防止网络拥塞的重要机制。通过慢速启动和拥塞避免算法，TCP能够动态地调整发送速率以适应网络状况。同时，快速重传和快速恢复算法进一步提高了TCP的拥塞控制性能。这些算法共同确保了TCP网络的高效、稳定运行。
