TCP慢启动算法

慢启动定义

慢启动，是传输控制协议使用的一种阻塞控制机制。慢启动也叫做指数增长期。慢启动是指每次TCP接收窗口收到确认时都会增长。增加的大小就是已确认段的数目。这种情况一直保持到要么没有收到一些段，要么窗口大小到达预先定义的阈值。如果发生丢失事件，TCP就认为这是网络阻塞，就会采取措施减轻网络拥挤。一旦发生丢失事件或者到达阈值，TCP就会进入线性增长阶段。这时，每经过一个RTT窗口增长一个段。

慢启动解析

 发送方一开始便向网络发送多个报文段，直至达到接收方通告的窗口大小为止。当发送方和接收方处于同一个局域网时，这种方式是可以的。但是如果在发送方和接收方之间存在多个路由器和速率较慢的链路时，就有可能出现一些问题。
一些中间路由器必须缓存分组，并有可能耗尽存储器的空间。
现在，TCP需要支持一种被称为“慢启动(slow start)”的算法。该算法通过观察到新分组进入网络的速率应该与另一端返回确认的速率相同而进行工作。
慢启动为发送方的TCP增加了另一个窗口：拥塞窗口(congestion window)，记为cwnd。当与另一个网络的主机建立T C P连接时，拥塞窗口被初始化为 1个报文段（即另一端通告的报文
段大小）。每收到一个ACK，拥塞窗口就增加一个报文段（ c w n d以字节为单位，但是慢启动以报文段大小为单位进行增加）。发送方取拥塞窗口与通告窗口中的最小值作为发送上限。拥
塞窗口是发送方使用的流量控制，而通告窗口则是接收方使用的流量控制。发送方开始时发送一个报文段，然后等待 A C K。当收到该A C K时，拥塞窗口从1增加为2，即可以发送两个报文段。当收到这两个报文段的 A C K时，拥塞窗口就增加为4。这是一种指数增加的关系。

在某些点上可能达到了互联网的容量，于是中间路由器开始丢弃分组。这就通知发送方它的拥塞窗口开得过大。当我们在下一章讨论 T C P的超时和重传机制时，将会看到它们是怎样对拥塞窗口起作用的。现在，我们来观察一个实际中的慢启动。

慢速网络例子

下图表示的是将从主机sun发送到主机vangogh.cs.berkeley.edu的数据。这些数据将通过一个慢的SLIP链路，该链路是TCP连接上的瓶颈（我们已经在时间系列上去掉了连接建立的过程）。

我们观察到发送方发送一个长度为5 1 2字节的报文段，然后等待ACK。该ACK在716 ms后收到。这个时间是一个往返时间的指示。于是拥塞窗口增加了 2个报文段，且又发送了两个报
文段。当收到报文段5的ACK后，拥塞窗口增加为3。此时尽管可发送多达3个报文段，可是在下一个ACK收到之前，只发送了2个报文段。

正常网络例子

在一个正常的网络，服务端在公网，客户端是一台虚拟机，通过客户端223.226.200.34，每次发送大小为102400大小数据到服务端223.226.200.200，循环次数是1000次。双方的网络良好，最开始的时候可以达到客户端每发送一个数据，服务端就发送一次ack，如下:

17:11:42.437707 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 1:1025, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961746], length 1024
17:11:42.437721 IP 223.226.200.200.6888 > 223.226.200.34.42567: Flags [.], ack 1025, win 33, options [nop,nop,TS val 972961748 ecr 2003558], length 0
17:11:42.437805 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 1025:2485, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961746], length 1460
17:11:42.437816 IP 223.226.200.200.6888 > 223.226.200.34.42567: Flags [.], ack 2485, win 38, options [nop,nop,TS val 972961748 ecr 2003558], length 0
....
17:11:42.468767 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 24025:25461, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961753], length 1436
17:11:42.468780 IP 223.226.200.200.6888 > 223.226.200.34.42567: Flags [.], ack 25461, win 83, options [nop,nop,TS val 972961756 ecr 2003558], length 0

大家可以看到两个报文之间的时间差不超过50ms左右，一般是20ms。

但是后来，可能是由于一些中间路由器必须缓存分组，并有可能耗尽存储器的空间。导致服务端不能及时响应，确认数据，如下:

17:11:42.468965 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [.], seq 25461:26897, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961753], length 1436
17:11:42.469200 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 26897:28333, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961753], length 1436
......
17:11:42.478755 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 52745:54181, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961756], length 1436
17:11:42.507104 IP 223.226.200.200.6888 > 223.226.200.34.42567: Flags [.], ack 54181, win 27, options [nop,nop,TS val 972961766 ecr 2003558], length 0
17:11:42.516476 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 54181:55617, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961766], length 1436
17:11:42.516597 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 55617:57053, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961766], length 1436
......
17:11:42.517263 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 64233:65669, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961766], length 1436
17:11:42.517437 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 65669:67105, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003558 ecr 972961766], length 1436
17:11:42.555104 IP 223.226.200.200.6888 > 223.226.200.34.42567: Flags [.], ack 67105, win 2, options [nop,nop,TS val 972961778 ecr 2003558], length 0
17:11:47.457101 IP 223.226.200.34.42567 > 223.226.200.200.6888: Flags [P.], seq 67105:68129, ack 1, win 64240, options [nop,nop,TS val 2003608 ecr 972961778], length 1024
17:11:47.457116 IP 223.226.200.200.6888 > 223.226.200.34.42567: Flags [.], ack 68129, win 0, options [nop,nop,TS val 972963003 ecr 2003608], length 0

可以看到这里客户端连续发送数据到服务端的这些报文里，每两个报文之间的时间差比较大，基本都达到100ms以上的差距，所以可以确定是由于服务器发送ack报文过迟，发送方才会根据拥塞窗口大小，连续发送多个报文段。

另外，这里的服务端代码中是自己的程序，并没有read数据，所以会见到win越来越小。直到最后win为0，无法接收任何数据。

参考资料:TCP/IP详解卷一