初期連接時(shí)窗口很小，之后逐漸增大，所以下載大文件時(shí)越來(lái)越快，但小的短連接卻速度上不去

 

這就是為什么國(guó)外站點(diǎn)訪問(wèn)速度很慢，但下載速度很快的原因.

 

更多請(qǐng)了解TCP/IP協(xié)議.進(jìn)入Google 搜索 filetype:pdf TCP/IP協(xié)議

 

下面截取百度知道中的關(guān)于TCP慢啟動(dòng)的解答.

 

為了防止網(wǎng)絡(luò)的擁塞現(xiàn)象，TCP提出了一系列的擁塞控制機(jī)制。最初由V. Jacobson在1988年的論文中提出的TCP的擁塞控制由“慢啟動(dòng)(Slow start)”和“擁塞避免(Congestion avoidance)”組成，后來(lái)TCP Reno版本中又針對(duì)性的加入了“快速重傳(Fast retransmit)”、“快速恢復(fù)(Fast Recovery)”算法，再后來(lái)在TCP NewReno中又對(duì)“快速恢復(fù)”算法進(jìn)行了改進(jìn)，近些年又出現(xiàn)了選擇性應(yīng)答( selective acknowledgement,SACK)算法，還有其他方面的大大小小的改進(jìn)，成為網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

 

TCP的擁塞控制主要原理依賴于一個(gè)擁塞窗口(cwnd)來(lái)控制，在之前我們還討論過(guò)TCP還有一個(gè)對(duì)端通告的接收窗口(rwnd)用于流量控制。窗口值的大小就代表能夠發(fā)送出去的但還沒(méi)有收到ACK的最大數(shù)據(jù)報(bào)文段，顯然窗口越大那么數(shù)據(jù)發(fā)送的速度也就越快，但是也有越可能使得網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，如果窗口值為1，那么就簡(jiǎn)化為一個(gè)停等協(xié)議，每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，都要等到對(duì)方的確認(rèn)才能發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù)包，顯然數(shù)據(jù)傳輸效率低下。TCP的擁塞控制算法就是要在這兩者之間權(quán)衡，選取最好的cwnd值，從而使得網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化且不產(chǎn)生擁塞。

 

由于需要考慮擁塞控制和流量控制兩個(gè)方面的內(nèi)容，因此TCP的真正的發(fā)送窗口=min(rwnd, cwnd)。但是rwnd是由對(duì)端確定的，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)其沒(méi)有影響，所以在考慮擁塞的時(shí)候我們一般不考慮rwnd的值，我們暫時(shí)只討論如何確定cwnd值的大小。關(guān)于cwnd的單位，在TCP中是以字節(jié)來(lái)做單位的，我們假設(shè)TCP每次傳輸都是按照MSS大小來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)的，因此你可以認(rèn)為cwnd按照數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)來(lái)做單位也可以理解，所以有時(shí)我們說(shuō)cwnd增加1也就是相當(dāng)于字節(jié)數(shù)增加1個(gè)MSS大小。

 

慢啟動(dòng)：最初的TCP在連接建立成功后會(huì)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包，這樣很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中路由器緩存空間耗盡，從而發(fā)生擁塞。因此新建立的連接不能夠一開(kāi)始就大量發(fā)送數(shù)據(jù)包，而只能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況逐步增加每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量，以避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)新建連接時(shí)，cwnd初始化為1個(gè)最大報(bào)文段(MSS)大小，發(fā)送端開(kāi)始按照擁塞窗口大小發(fā)送數(shù)據(jù)，每當(dāng)有一個(gè)報(bào)文段被確認(rèn)，cwnd就增加1個(gè)MSS大小。這樣cwnd的值就隨著網(wǎng)絡(luò)往返時(shí)間(Round Trip Time,RTT)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，事實(shí)上，慢啟動(dòng)的速度一點(diǎn)也不慢，只是它的起點(diǎn)比較低一點(diǎn)而已。我們可以簡(jiǎn)單計(jì)算下：

 

開(kāi)始           --->     cwnd = 1

 

經(jīng)過(guò)1個(gè)RTT后   --->     cwnd = 2*1 = 2

 

經(jīng)過(guò)2個(gè)RTT后   --->     cwnd = 2*2= 4

 

經(jīng)過(guò)3個(gè)RTT后   --->     cwnd = 4*2 = 8

 

如果帶寬為W，那么經(jīng)過(guò)RTT*log2W時(shí)間就可以占滿帶寬。

 

擁塞避免：從慢啟動(dòng)可以看到，cwnd可以很快的增長(zhǎng)上來(lái)，從而最大程度利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，但是cwnd不能一直這樣無(wú)限增長(zhǎng)下去，一定需要某個(gè)限制。TCP使用了一個(gè)叫慢啟動(dòng)門(mén)限(ssthresh)的變量，當(dāng)cwnd超過(guò)該值后，慢啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入擁塞避免階段。對(duì)于大多數(shù)TCP實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，ssthresh的值是65536(同樣以字節(jié)計(jì)算)。擁塞避免的主要思想是加法增大，也就是cwnd的值不再指數(shù)級(jí)往上升，開(kāi)始加法增加。此時(shí)當(dāng)窗口中所有的報(bào)文段都被確認(rèn)時(shí)，cwnd的大小加1，cwnd的值就隨著RTT開(kāi)始線性增加，這樣就可以避免增長(zhǎng)過(guò)快導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，慢慢的增加調(diào)整到網(wǎng)絡(luò)的最佳值。

 

上面討論的兩個(gè)機(jī)制都是沒(méi)有檢測(cè)到擁塞的情況下的行為，那么當(dāng)發(fā)現(xiàn)擁塞了cwnd又該怎樣去調(diào)整呢？

 

首先來(lái)看TCP是如何確定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了擁塞狀態(tài)的，TCP認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)擁塞的主要依據(jù)是它重傳了一個(gè)報(bào)文段。上面提到過(guò)，TCP對(duì)每一個(gè)報(bào)文段都有一個(gè)定時(shí)器，稱(chēng)為重傳定時(shí)器(RTO)，當(dāng)RTO超時(shí)且還沒(méi)有得到數(shù)據(jù)確認(rèn)，那么TCP就會(huì)對(duì)該報(bào)文段進(jìn)行重傳，當(dāng)發(fā)生超時(shí)時(shí)，那么出現(xiàn)擁塞的可能性就很大，某個(gè)報(bào)文段可能在網(wǎng)絡(luò)中某處丟失，并且后續(xù)的報(bào)文段也沒(méi)有了消息，在這種情況下，TCP反應(yīng)比較“強(qiáng)烈”：

 

1.把ssthresh降低為cwnd值的一半

 

2.把cwnd重新設(shè)置為1

 

3.重新進(jìn)入慢啟動(dòng)過(guò)程。

 

從整體上來(lái)講，TCP擁塞控制窗口變化的原則是AIMD原則，即加法增大、乘法減小。可以看出TCP的該原則可以較好地保證流之間的公平性，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)丟包，那么立即減半退避，可以給其他新建的流留有足夠的空間，從而保證整個(gè)的公平性。

 

其實(shí)TCP還有一種情況會(huì)進(jìn)行重傳：那就是收到3個(gè)相同的ACK。TCP在收到亂序到達(dá)包時(shí)就會(huì)立即發(fā)送ACK，TCP利用3個(gè)相同的ACK來(lái)判定數(shù)據(jù)包的丟失，此時(shí)進(jìn)行快速重傳，快速重傳做的事情有：

 

1.把ssthresh設(shè)置為cwnd的一半

 

2.把cwnd再設(shè)置為ssthresh的值(具體實(shí)現(xiàn)有些為ssthresh+3)

 

3.重新進(jìn)入擁塞避免階段。

 

后來(lái)的“快速恢復(fù)”算法是在上述的“快速重傳”算法后添加的，當(dāng)收到3個(gè)重復(fù)ACK時(shí)，TCP最后進(jìn)入的不是擁塞避免階段，而是快速恢復(fù)階段。快速重傳和快速恢復(fù)算法一般同時(shí)使用。快速恢復(fù)的思想是“數(shù)據(jù)包守恒”原則，即同一個(gè)時(shí)刻在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包數(shù)量是恒定的，只有當(dāng)“老”數(shù)據(jù)包離開(kāi)了網(wǎng)絡(luò)后，才能向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一個(gè)“新”的數(shù)據(jù)包，如果發(fā)送方收到一個(gè)重復(fù)的ACK，那么根據(jù)TCP的ACK機(jī)制就表明有一個(gè)數(shù)據(jù)包離開(kāi)了網(wǎng)絡(luò)，于是cwnd加1。如果能夠嚴(yán)格按照該原則那么網(wǎng)絡(luò)中很少會(huì)發(fā)生擁塞，事實(shí)上擁塞控制的目的也就在修正違反該原則的地方。

 

具體來(lái)說(shuō)快速恢復(fù)的主要步驟是：

 

1.當(dāng)收到3個(gè)重復(fù)ACK時(shí)，把ssthresh設(shè)置為cwnd的一半，把cwnd設(shè)置為ssthresh的值加3，然后重傳丟失的報(bào)文段，加3的原因是因?yàn)槭盏?個(gè)重復(fù)的ACK，表明有3個(gè)“老”的數(shù)據(jù)包離開(kāi)了網(wǎng)絡(luò)。

 

2.再收到重復(fù)的ACK時(shí)，擁塞窗口增加1。

 

3.當(dāng)收到新的數(shù)據(jù)包的ACK時(shí)，把cwnd設(shè)置為第一步中的ssthresh的值。原因是因?yàn)樵揂CK確認(rèn)了新的數(shù)據(jù)，說(shuō)明從重復(fù)ACK時(shí)的數(shù)據(jù)都已收到，該恢復(fù)過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，可以回到恢復(fù)之前的狀態(tài)了，也即再次進(jìn)入擁塞避免狀態(tài)。

 

快速重傳算法首次出現(xiàn)在4.3BSD的Tahoe版本，快速恢復(fù)首次出現(xiàn)在4.3BSD的Reno版本，也稱(chēng)之為Reno版的TCP擁塞控制算法。

 

可以看出Reno的快速重傳算法是針對(duì)一個(gè)包的重傳情況的，然而在實(shí)際中，一個(gè)重傳超時(shí)可能導(dǎo)致許多的數(shù)據(jù)包的重傳，因此當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)數(shù)據(jù)窗口中丟失時(shí)并且觸發(fā)快速重傳和快速恢復(fù)算法時(shí)，問(wèn)題就產(chǎn)生了。因此NewReno出現(xiàn)了，它在Reno快速恢復(fù)的基礎(chǔ)上稍加了修改，可以恢復(fù)一個(gè)窗口內(nèi)多個(gè)包丟失的情況。具體來(lái)講就是：Reno在收到一個(gè)新的數(shù)據(jù)的ACK時(shí)就退出了快速恢復(fù)狀態(tài)了，而NewReno需要收到該窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)包的確認(rèn)后才會(huì)退出快速恢復(fù)狀態(tài)，從而更一步提高吞吐量。

 

SACK就是改變TCP的確認(rèn)機(jī)制，最初的TCP只確認(rèn)當(dāng)前已連續(xù)收到的數(shù)據(jù)，SACK則把亂序等信息會(huì)全部告訴對(duì)方，從而減少數(shù)據(jù)發(fā)送方重傳的盲目性。比如說(shuō)序號(hào)1，2，3，5，7的數(shù)據(jù)收到了，那么普通的ACK只會(huì)確認(rèn)序列號(hào)4，而SACK會(huì)把當(dāng)前的5，7已經(jīng)收到的信息在SACK選項(xiàng)里面告知對(duì)端，從而提高性能，當(dāng)使用SACK的時(shí)候，NewReno算法可以不使用，因?yàn)镾ACK本身攜帶的信息就可以使得發(fā)送方有足夠的信息來(lái)知道需要重傳哪些包，而不需要重傳哪些包。