若网络中对某一资源的需求超出了其传输能力，就会发送网络拥塞，使得网络性能下降。如果出现拥塞而不进行控制，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。下图为吞吐量比较图，网络负载是存在上限的，此时网络资源会被丢弃，吞吐量达到最大值，通常转发节点缓存不够大造成分组的丢失是网络拥塞的征兆。
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TCP四种拥塞控制算法
1、慢开始；2、拥塞避免；3、快速重传；4、快速恢复
设定：1、数据为单方向发送，接收端只发送确认
2、接受端缓存足够大，即发送端发送窗口大小只由网络拥塞程度决定
3、TCP报文段作为单位。
- 发送端维护拥塞窗口cwnd，大小动态变化，由网络拥塞程度决定。网络无拥塞现象则扩大该窗口；出现拥塞则减小窗口。是否拥塞由是否及时收到确认报文决定。
- 发送端发送窗口与拥塞窗口大小一致
- 设慢开始阈值ssthresh状态变量，存在以下状态描述：
1、cwnd < ssthresh，使用慢开始算法
2、cwnd > ssthresh，停止慢开始，改用拥塞控制算法
3、cwnd = ssthresh，慢开始与拥塞控制都可以使用，二者取其一
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慢开始
假设当前发送方拥塞窗口cwnd的值为1，而发送窗口swnd等于拥塞窗口cwnd，因此发送方当前只能发送一个数据报文段（拥塞窗口cwnd的值是几，就能发送几个数据报文段），接收方收到该数据报文段后，给发送方回复一个确认报文段，发送方收到该确认报文后，将拥塞窗口的值变为2。即收到多少确认报文就增加多少。所以拥塞窗口是以指数型增长的。一直到cwnd等于ssthresh阈值时启动拥塞控制算法。如下图，慢开始增长速度并不慢，只是开始时向网络注入数据报文较少。
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拥塞避免
进入拥塞避免阶段时，cwnd每次只能加1。当出现报文丢失时，丢失的报文的重传计时器超时后会被判断出现拥塞，此时需要更改cwnd和ssthresh。规则如下：1、ssthresh更新为出现拥塞时cwnd数值的一半；2、cwnd赋值为1；3、重新执行慢开始算法。
如下图所示，初始ssthresh为16，当cwnd小于ssthresh成指数型增长，当cwnd > ssthresh时，cwnd逐次增加1。当其值为24时，出现丢包，此时判断为拥塞，将ssthresh调整为出现拥塞时的一般，即12。之后cwnd赋值为1，重新执行慢开始算法。由下图仍可见，拥塞避免并不是完全避免拥塞，而是将拥塞窗口的增长变为线性的，使网络不容易出现拥塞。
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以上的两个算法存在不足之处，当个别报文在网络中丢失时，可能实际上网络并未发生拥塞。这将导致发送端超时重传，并误以为网络发送拥塞。由于每次拥塞控制都会将cwnd设置为1，这严重降低了传输效率。由此，新增了快速重传算法和快速恢复算法。
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快速重传算法
发送端每次发送数据报文，接收端都会返回确认报文，此报文是其想接受的数据报文序号的前一位。当发生报文丢失时，接收端会一直发送乱序之前的确认报文。比如3号数据报文丢失，则接收端会一直发送2号数据报文的确认报文。而发送端不会立即重传，而是接着发4，5，6数据报文。当发完6号数据报文时，发送端会连续三次接收到2号数据报文的确认报文。此时发送端会立即重传3号数据报文，接收端接收后，会立即发送6号数据确认报文。因为4，5，6号数据报文是一直存在接收端的缓存中。这样就避免了超时重传，提高了效率。主要机制如下图所示。
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快速恢复算法
如下，发送端连续接收端三个确认报文后可以确认只是丢失了个别报文（确认报文可以传回，网络没有拥塞），此时不需要启动慢开始算法。此时将ssthresh和cwnd赋值为此时的cwnd的一半，然后执行拥塞避免算法。具体机制如下图所示。
当然也有的快速回复算法，将swnd的值增大3，即swnd = ssthresh + 3（ssthresh为连续三次受到确认号时的swnd值的一半）。因为接收端缓存中已经存在了三个数据报文，这三个报文不会再占用网络资源，所以拥塞窗口可以适当增大。这么做也是为了尽可能提高吞吐量。