【探索Linux】P.41（传输层 —— TCP拥塞控制 | 延迟应答 | 捎带应答 ）

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引言

在深入探讨了TCP协议的滑动窗口机制、快重传以及流量控制策略之后，我们今天将转向TCP的另一个关键领域：拥塞控制。拥塞控制是网络通信中至关重要的一部分，它确保了数据传输的效率和稳定性，防止网络过载。同时，我们还将探讨延迟应答和捎带应答这两种优化TCP传输效率的技术。通过这些技术的介绍，我们将更全面地理解TCP协议如何保障数据传输的可靠性和效率。让我们开始这次网络通信的深入之旅，探索TCP协议的更多奥秘。

一、拥塞控制

1. 慢启动机制

在TCP协议的世界中，滑动窗口机制无疑是一项强大的功能，它允许我们高效且可靠地发送大量数据。然而，正如您所指出的，如果在网络条件尚未明确的情况下，盲目地发送大量数据，可能会加剧网络的拥堵，甚至导致数据传输的瓶颈。为了解决这一问题，TCP协议引入了一项智慧的策略——慢启动机制。

慢启动机制的核心思想是“谨慎前行”。在数据传输的初始阶段，TCP发送方不会急于发送大量数据，而是先发送一小部分数据包，以此来探测网络的承载能力。通过这种方式，发送方可以逐步了解当前网络的拥堵程度，并据此调整数据的发送速率。随着网络状况的改善，发送方会逐步增加数据包的数量，直至达到网络的最大承载能力。

这种机制的优势在于，它能够在不引起网络过载的前提下，实现数据的快速传输。同时，它还具备自我调节的能力，能够根据网络状况的变化，动态调整数据的发送速率，从而保证数据传输的稳定性和效率。

2. 拥塞窗口

1. 拥塞窗口的初始设定：在TCP连接建立后，发送端将拥塞窗口的大小初始化为1个数据段（1MSS），这是慢启动阶段的开始。
2. 拥塞窗口的增长：在慢启动阶段，每当发送端收到一个确认应答（ACK），拥塞窗口的大小就会增加1。这意味着发送端可以发送更多的数据，但增长速度是指数级的。
3. 发送数据的控制：在发送数据时，发送端会将拥塞窗口的大小与接收端主机反馈的窗口大小进行比较，选择两者中较小的值作为实际的发送窗口。这样做可以确保数据的发送量不会超过接收端的处理能力。
4. 慢启动阶段的特点：虽然称为“慢启动”，但实际上在这个阶段拥塞窗口的增长速度非常快，因为它是指数级的。
5. 慢启动阈值的引入：为了防止拥塞窗口增长过快导致网络拥塞，TCP引入了慢启动阈值（ssthresh）。当拥塞窗口的大小超过这个阈值时，拥塞窗口的增长模式会从指数增长转变为线性增长。
6. 线性增长的实现：在慢启动阈值之后，拥塞窗口的增长不再是每次ACK翻倍，而是每次收到ACK时增加一个固定的量，通常是1个MSS。这种线性增长方式有助于更平稳地控制数据流量，减少网络拥塞的风险。

二、延迟确认

TCP的延迟确认是一种优化机制，旨在减少网络上的ACK（确认应答）包的数量，从而提高网络的效率。

1. 延迟确认的目的

在TCP通信中，每当接收端收到一个数据段，它通常会立即发送一个ACK包以确认收到。然而，频繁的发送ACK包可能会占用大量的网络带宽，尤其是在高带宽环境下。延迟确认机制通过减少ACK包的发送频率来优化网络性能。

2. 工作原理

延迟确认机制允许接收端在收到数据段后不立即发送ACK，而是等待一段时间，通常是200毫秒（这个时间可以通过系统设置进行调整）。如果在这段时间内接收端再次收到发送端的数据段，它可以将对前一个数据段的确认与新数据段的确认合并在一起发送，从而减少一个ACK包。

3. 合并ACK

如果接收端在延迟确认的等待期内收到了发送端的后续数据段，它可以将对之前数据段的确认与新数据段的确认合并在一个ACK包中发送。这种方式称为累积确认（cumulative acknowledgment），它减少了网络上的ACK流量。

4. 延迟确认的缺点

延迟确认可以显著提高网络的吞吐量，尤其是在高带宽、低延迟的网络环境中。然而，它也可能稍微增加数据传输的延迟，因为确认的发送被延迟了。

🚨事实上，大可不必为每一个数据段都进行一次确认应答。TCP采用滑动窗口的控制机制，因此通常确认应答少一些也无妨。TCP文件传输中，绝大多数是每两个数据段返回一次确认应答。

🔴每收到两个数据段发送一次的确认应答。不过，等待0.2秒以后没有其他数据包到达的情况下才会发送确认应答。

三、捎带应答

在通信过程中，我们注意到一种现象，即在很多应用场景中，客户端与服务器之间的交互模式是“一发一收”。这就好比客户端向服务器发出问候，例如“你好吗？”，服务器则会回应说“我很好，谢谢”。在这种情况下，服务器的回应可以同时携带一个确认信号（ACK），这个信号原本是用于确认客户端的信息已被成功接收。因此，服务器在发送“我很好，谢谢”的同时也发送了ACK信号，这样ACK就可以作为“搭顺风车”的一部分，随着服务器的回应一起发送回客户端。这种机制有效地利用了通信资源，减少了额外的确认步骤，提高了通信效率。

🚨🚨注意：捎带应答是指在同一个TCP包中既发送数据又发送确认应答的一种机制由此，网络的利用率会提高，计算机的负荷也会减轻。不过，确认应答必须得等到应用处理完数据并将作为回执的数据返回为止，才能进行捎带应答。

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