TCP-流量控制和拥塞控制-编程知识

TCP-流量控制和拥塞控制

流量控制和拥塞控制是计算机网络中确保数据可靠、高效传输的重要机制，它们在功能、作用对象和实现方法上有所不同，下面为你详细介绍：

流量控制是一种协调发送方和接收方之间数据传输速率的机制。其主要目的是防止发送方发送数据的速度过快，导致接收方无法及时处理这些数据，从而造成数据丢失。它是端到端层面的控制，关注的是发送方和接收方之间的直接交互。

停止 - 等待协议：发送方每发送一个数据帧后，就停止发送，等待接收方的确认帧。只有当收到确认帧后，才会发送下一个数据帧。例如，在一个简单的文件传输场景中，发送方发送一个数据包后，会暂停操作，直到接收到接收方返回的“已收到”确认信息，才继续发送下一个数据包。这种方式实现简单，但效率较低，因为在等待确认的过程中，发送方处于空闲状态。
滑动窗口协议：该协议允许发送方在未收到确认帧的情况下，连续发送多个数据帧。发送方和接收方分别维护一个发送窗口和接收窗口。发送窗口规定了发送方可以连续发送的数据帧范围，接收窗口规定了接收方能够接收的数据帧范围。例如，TCP协议就采用了滑动窗口机制。发送方可以在窗口大小允许的范围内连续发送多个数据包，而不需要等待每个数据包的确认。接收方会根据自身的处理能力动态调整窗口大小，并将窗口大小信息告知发送方，发送方根据该信息调整发送速率。

拥塞控制是一种全局性的机制，用于防止网络出现拥塞。当网络中的流量过大，超过了网络的承载能力时，就会导致网络性能下降，如数据包延迟增加、丢包率上升等，这种情况被称为网络拥塞。拥塞控制的目的是通过调整发送方的发送速率，使网络中的流量保持在一个合理的范围内，避免网络拥塞的发生。

慢启动：发送方在开始发送数据时，先以较小的发送速率发送数据，然后逐渐增加发送速率。具体来说，发送方初始设置一个拥塞窗口（cwnd），初始值通常为 1 个最大报文段（MSS）。每收到一个确认帧，拥塞窗口大小就增加 1 个 MSS。例如，发送方最初发送一个数据包，收到确认后，拥塞窗口变为 2 个 MSS，此时可以发送 2 个数据包，收到这 2 个数据包的确认后，拥塞窗口变为 4 个 MSS，以此类推。
拥塞避免：当拥塞窗口大小达到一个阈值（ssthresh）时，慢启动过程结束，进入拥塞避免阶段。在拥塞避免阶段，发送方每收到一个确认帧，拥塞窗口大小只增加 1/cwnd 个 MSS，这样拥塞窗口的增长速度会变得比较缓慢，从而避免网络拥塞。
快重传：当接收方收到一个失序的数据包时，会立即发送一个对前面已正确接收的数据包的重复确认。当发送方收到 3 个重复确认时，就知道有一个数据包可能丢失了，此时发送方不需要等待超时重传定时器到期，而是立即重传丢失的数据包。
快恢复：在快重传之后，进入快恢复阶段。发送方将拥塞窗口大小减半，同时将阈值（ssthresh）设置为减半后的拥塞窗口大小，然后拥塞窗口大小线性增加。

区别
- 作用范围：流量控制是端到端的控制，主要关注发送方和接收方之间的流量匹配；拥塞控制是全局性的控制，关注的是整个网络的性能。
- 触发原因：流量控制是由接收方的处理能力触发的，当接收方缓冲区快满时，会通知发送方降低发送速率；拥塞控制是由网络的拥塞状态触发的，当网络出现拥塞迹象时，发送方需要调整发送速率。
联系：两者都是为了保证数据的可靠传输，并且在实际的网络协议中，它们通常是相互配合使用的。例如，在 TCP 协议中，既包含了流量控制机制（滑动窗口），也包含了拥塞控制机制（慢启动、拥塞避免等）。