TCP 中的拥塞控制算法有哪些？分别是什么原理？

TCP提供了几种拥塞控制算法来防止网络过载:

1. 慢启动:TCP连接初始时拥塞窗口cwnd大小为1,每收到一个ACK,cwnd增大1个MSS。此时以指数增长的速率增加发送速率。
2. 拥塞避免:当cwnd大于慢启动阈值ssthresh时,每收到一个ACK,cwnd增大1/cwnd,以线性增长方式增加发送速率。
3. 快重传:当Sender超过3个RTT未收到ACK,则重传未确认的数据报文,以快速恢复拥塞。
4. 快恢复:当有报文丢失发生时,cwnd减半,ssthresh设为cwnd的一半。之后每收到一个DUPACK,cwnd增大1个MSS,此时发送速率快速增加。
5. 超时重传:如果在一定时间内未收到ACK,Sender会将cwnd重置为1并重传,慢启动阈值ssthresh设为cwnd的一半。

这些算法主要通过调整拥塞窗口cwnd大小来控制发送速率,防止网络过载。其工作原理如下:

1. 慢启动:指数增长cwnd,快速探测网络带宽。
2. 拥塞避免:线性增长cwnd,缓慢探测网络带宽。
3. 快重传:快速恢复拥塞,继续发送未确认的数据。
4. 快恢复:快速恢复cwnd至拥塞前大小的一半,继续发送。
5. 超时重传:网络拥塞严重,cwnd缩小至1,重新慢启动。

代码示例:

python
import time  

# 初始化参数 
cwnd = 1        # 拥塞窗口大小       
ssthresh = 8     # 慢启动阈值 
MSS = 2          # 最大报文大小
RTT = 1          # 时延
dup_ack = 0      # 重复ACK数量
timeout = 5      # 超时时间

while True:
    # 慢启动
    if cwnd <= ssthresh:                    
        cwnd += 1                   
    # 拥塞避免  
    else: 
        cwnd += 1/cwnd  

    # 发送报文
    send_data = []
    for seq in range(cwnd*MSS):
        send_data.append(seq) 
    print('发送:', send_data)

    # 快速重传
    if dup_ack == 3:              
        ssthresh = cwnd/2         # ssthresh减半  
        cwnd = ssthresh + 3*MSS   # cwnd恢复至ssthresh之上
        dup_ack = 0              

    # 超时重传  
    if time.time() - last_ack_time > timeout:         
        ssthresh = cwnd/2                           
        cwnd = 1                                  
        dup_ack = 0
        print('超时,cwnd减为1')

    # 收到ACK
    last_ack_time = time.time()      
    cwnd += MSS                       # 慢启动时cwnd增1个MSS
    dup_ack = 0                       # 重复ACK数量清0

TCP的拥塞控制算法可以有效防止网络拥塞,保证数据传输的可靠性。理解各个算法的工作原理,有助于我们设计网络应用程序和优化传输性能。