若網絡中對某一資源的需求超出了其傳輸能力，就會發送網絡擁塞，使得網絡性能下降。如果出現擁塞而不進行控制，整個網絡的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。下圖爲吞吐量比較圖，網絡負載是存在上限的，此時網絡資源會被丟棄，吞吐量達到最大值，通常轉發節點緩存不夠大造成分組的丟失是網絡擁塞的徵兆。
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TCP四種擁塞控制算法
1、慢開始；2、擁塞避免；3、快速重傳；4、快速恢復
設定：1、數據爲單方向發送，接收端只發送確認
2、接受端緩存足夠大，即發送端發送窗口大小隻由網絡擁塞程度決定
3、TCP報文段作爲單位。
- 發送端維護擁塞窗口cwnd，大小動態變化，由網絡擁塞程度決定。網絡無擁塞現象則擴大該窗口；出現擁塞則減小窗口。是否擁塞由是否及時收到確認報文決定。
- 發送端發送窗口與擁塞窗口大小一致
- 設慢開始閾值ssthresh狀態變量，存在以下狀態描述：
1、cwnd < ssthresh，使用慢開始算法
2、cwnd > ssthresh，停止慢開始，改用擁塞控制算法
3、cwnd = ssthresh，慢開始與擁塞控制都可以使用，二者取其一
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慢開始
假設當前發送方擁塞窗口cwnd的值爲1，而發送窗口swnd等於擁塞窗口cwnd，因此發送方當前只能發送一個數據報文段（擁塞窗口cwnd的值是幾，就能發送幾個數據報文段），接收方收到該數據報文段後，給發送方回覆一個確認報文段，發送方收到該確認報文後，將擁塞窗口的值變爲2。即收到多少確認報文就增加多少。所以擁塞窗口是以指數型增長的。一直到cwnd等於ssthresh閾值時啓動擁塞控制算法。如下圖，慢開始增長速度並不慢，只是開始時向網絡注入數據報文較少。
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擁塞避免
進入擁塞避免階段時，cwnd每次只能加1。當出現報文丟失時，丟失的報文的重傳計時器超時後會被判斷出現擁塞，此時需要更改cwnd和ssthresh。規則如下：1、ssthresh更新爲出現擁塞時cwnd數值的一半；2、cwnd賦值爲1；3、重新執行慢開始算法。
如下圖所示，初始ssthresh爲16，當cwnd小於ssthresh成指數型增長，當cwnd > ssthresh時，cwnd逐次增加1。當其值爲24時，出現丟包，此時判斷爲擁塞，將ssthresh調整爲出現擁塞時的一般，即12。之後cwnd賦值爲1，重新執行慢開始算法。由下圖仍可見，擁塞避免並不是完全避免擁塞，而是將擁塞窗口的增長變爲線性的，使網絡不容易出現擁塞。
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以上的兩個算法存在不足之處，當個別報文在網絡中丟失時，可能實際上網絡並未發生擁塞。這將導致發送端超時重傳，並誤以爲網絡發送擁塞。由於每次擁塞控制都會將cwnd設置爲1，這嚴重降低了傳輸效率。由此，新增了快速重傳算法和快速恢復算法。
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快速重傳算法
發送端每次發送數據報文，接收端都會返回確認報文，此報文是其想接受的數據報文序號的前一位。當發生報文丟失時，接收端會一直髮送亂序之前的確認報文。比如3號數據報文丟失，則接收端會一直髮送2號數據報文的確認報文。而發送端不會立即重傳，而是接着發4，5，6數據報文。當發完6號數據報文時，發送端會連續三次接收到2號數據報文的確認報文。此時發送端會立即重傳3號數據報文，接收端接收後，會立即發送6號數據確認報文。因爲4，5，6號數據報文是一直存在接收端的緩存中。這樣就避免了超時重傳，提高了效率。主要機制如下圖所示。
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快速恢復算法
如下，發送端連續接收端三個確認報文後可以確認只是丟失了個別報文（確認報文可以傳回，網絡沒有擁塞），此時不需要啓動慢開始算法。此時將ssthresh和cwnd賦值爲此時的cwnd的一半，然後執行擁塞避免算法。具體機制如下圖所示。
當然也有的快速回復算法，將swnd的值增大3，即swnd = ssthresh + 3（ssthresh爲連續三次受到確認號時的swnd值的一半）。因爲接收端緩存中已經存在了三個數據報文，這三個報文不會再佔用網絡資源，所以擁塞窗口可以適當增大。這麼做也是爲了儘可能提高吞吐量。