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TCP慢啟動機制是TCP協(xié)議的一部分，用于控制TCP連接傳輸?shù)乃俣?。當TCP連接開始時，慢啟動機制被啟用，它會逐漸增加傳輸速度，直到網(wǎng)絡(luò)開始擁塞為止。在本文中，我們將，以便更好地理解TCP連接傳輸?shù)倪^程。
TCP連接的慢啟動機制可以幫助在連接開始的時候逐步增加傳輸速度，這個速度是根據(jù)連接的可用帶寬和延遲時間決定的。網(wǎng)絡(luò)帶寬是指在一單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，而延遲時間表示從發(fā)送數(shù)據(jù)到接收到響應所需的時間。在TCP連接開始時，慢啟動會將數(shù)據(jù)的傳輸速度逐漸增加，直到達到一個安全的速度，以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。
為了更好地了解Linux TCP慢啟動機制，我們需要先了解一些基本概念。需要了解的是TCP連接的三次握手。TCP連接的三次握手是建立TCP連接時的一個過程，即客戶端發(fā)送SYN請求報文，服務(wù)器接收后回復SYN+ACK報文，最后客戶端再回復一個ACK報文，此時連接已經(jīng)建立。這個過程是用來確保連接的可靠性。
需要了解的是TCP擁塞控制算法。TCP擁塞控制算法是防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的一種算法。它的原理是當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，TCP連接會將傳輸速率降低，以避免數(shù)據(jù)包的丟失和重傳。這個算法的實現(xiàn)是通過調(diào)整TCP發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率和窗口大小來實現(xiàn)的。
在理解了TCP連接的三次握手和TCP擁塞控制算法后，我們就可以深入了解TCP慢啟動機制。TCP慢啟動機制的基本原理是在連接開始時，它會先發(fā)送一些數(shù)據(jù)包，然后等待接收方的確認消息。如果沒有出現(xiàn)任何丟包現(xiàn)象，則會逐步增加發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)，同時也會增加窗口大小，從而逐漸提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率。
具體來說，當一個TCP連接剛開始時，發(fā)送方會默認發(fā)送一個MSS（更大分段長度）的數(shù)據(jù)包，即表示可以承受的更大數(shù)據(jù)包大小。如果接收方能夠正常接收這個數(shù)據(jù)包，則發(fā)送方會再發(fā)送兩個MSS大小的數(shù)據(jù)包，即三個MSS大小的數(shù)據(jù)包。如果接收方也能正常接收這些數(shù)據(jù)包，則發(fā)送方會再發(fā)送四個MSS大小的數(shù)據(jù)包，以此類推，直到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞為止。當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，TCP連接就會向上層應用程序反饋信息，以請求降低傳輸速率。
在Linux系統(tǒng)中，TCP慢啟動機制是通過調(diào)整TCP擁塞窗口來實現(xiàn)的。擁塞窗口指的是在一個周期內(nèi)可以發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，這個周期的長度是由網(wǎng)絡(luò)延遲時間和網(wǎng)絡(luò)帶寬共同決定的。在擁塞窗口的計算中，Linux系統(tǒng)使用了一個指數(shù)級增長的算法。也就是說，在開始的時候，擁塞窗口的大小是1個MSS的大小，然后每當一個數(shù)據(jù)包被成功發(fā)送和接收時，擁塞窗口就會翻倍，直到達到實際帶寬和延遲設(shè)定的閾值為止。
需要注意的是，TCP慢啟動機制只會在連接開始時生效，在連接過程中不會啟用。因此，在連接過程中，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，則會啟用TCP的快重傳和快恢復機制，以避免數(shù)據(jù)包的丟失和重傳。
TCP慢啟動機制是TCP連接傳輸?shù)囊徊糠郑糜诳刂芓CP連接傳輸?shù)乃俣?。在Linux系統(tǒng)中，TCP慢啟動機制是通過調(diào)整TCP擁塞窗口來實現(xiàn)的。擁塞窗口指的是在一個周期內(nèi)可以發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，這個周期的長度是由網(wǎng)絡(luò)延遲時間和網(wǎng)絡(luò)帶寬共同決定的。在擁塞窗口的計算中，Linux系統(tǒng)使用了一個指數(shù)級增長的算法。需要注意的是，TCP慢啟動機制只會在連接開始時生效，在連接過程中不會啟用。
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1. TCP可靠性的保證機制總結(jié)
2. 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)：
TCP協(xié)議
-如何保證傳輸可靠性
3. TCP協(xié)議的
流量控制
和擁塞控制
4. TCP 的那些事兒（下）
5. TCP擁塞控制：慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復
TCP檢驗和的計算與UDP一樣，在計算時要加上12byte的偽首部，檢驗范圍包括TCP首部及數(shù)據(jù)部分，但是UDP的檢驗和字段為可選的，而TCP中是必須有的。計算方法為：在發(fā)送方將整個報文段分為多個16位的段，然后將所有段進行反碼相加，將結(jié)果存放在檢驗和字段中，接收方用相同的方法進行計算，如最終結(jié)果為檢驗字段所有位是全1則正確（UDP中也是全為1則正確），否則存在錯誤。
TCP將每個
數(shù)據(jù)包
都進行了編號友純，這就是序列號。
序列號的作用：
a、保證可靠性（當接收到的數(shù)據(jù)總少了某個序號的數(shù)據(jù)時，能馬上知道）
b、保證數(shù)據(jù)的按序到達
c、提高效率，可實現(xiàn)多次發(fā)送，一次確認
d、去除重復數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)傳輸過程中的確認應答處理、重發(fā)控制以及重復控制等功能都可以通過序列號來實現(xiàn)
TCP通過確認應答機制實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在TCP的首部中有一個標志位——ACK，此標志位表示確認號是否有效。接收方對于按序到達的數(shù)據(jù)會進行確認，當標志位ACK=1時確認首部的確認字段有效。進行確認時，確認字段值表示這個值之前的數(shù)據(jù)都已經(jīng)按序到達了。而發(fā)送方如果收到了已發(fā)送的數(shù)據(jù)的確認報文，則繼續(xù)傳輸下一部分數(shù)據(jù)；而如果等待了一定時間還沒有收到確認報文就會啟動重傳機制。
當報文發(fā)出后在一定的時間內(nèi)未收到接收方的確認，發(fā)送方就會進行重傳（通常是在發(fā)出報文段后設(shè)定一個鬧鐘，到點了還沒有收到應答則進行重傳）。
一種情況是發(fā)送包丟失了好簡咐，其基本過程如下：
另一種情況是ACK 丟失，過程如下：
當接收方接收到重復的數(shù)據(jù)時就將其丟掉，重新發(fā)送ACK。而要識別出重復的數(shù)據(jù)，前面提到的序列號就起作用了。
重傳時間的確定：
重傳時間的確定：報文段發(fā)出到收到應答中間有一個報文段的往返時間RTT，顯然超時重傳時間RTO會略大于這個RTT，TCP會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況動態(tài)的計算RTT，即RTO是不斷變化的。在Linux中，超時以500ms為單位進行控制，每次判定超時重發(fā)的超時時間都是500ms的整數(shù)倍。其規(guī)律為：如果重發(fā)一次仍得不到應答，就等待2 500ms后再進行重傳，如果仍然得不到應答就等待4 500ms后重傳，依次類推，以指數(shù)形式遞增，重傳次數(shù)累計到一定次數(shù)后，TCP認為網(wǎng)絡(luò)或?qū)Χ酥鳈C出現(xiàn)異常，就會強行關(guān)閉連接。
連接管理機制即TCP建立連接時的
三次握手
和斷開連接時的
四次揮手
。
接收端處理數(shù)據(jù)的速度是有限的，如果發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速度過快，導致接收端的緩沖區(qū)滿，而發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送，就會造成丟包，繼而引起丟包重傳等一系列連鎖反應。
因此TCP支持根據(jù)接收端的處理能力，來決定發(fā)送端的發(fā)送速度，這個機制叫做流量控制。
在TCP報文段首部中有一個16位窗口長度，當接收端接收到發(fā)送方的數(shù)據(jù)后，在應答報文ACK中就將自身咐談緩沖區(qū)的剩余大小，放入16窗口大小中。這個大小隨數(shù)據(jù)傳輸情況而變，窗口越大，
網(wǎng)絡(luò)吞吐量
越高，而一旦接收方發(fā)現(xiàn)自身的緩沖區(qū)快滿了，就將窗口設(shè)置為更小的值通知發(fā)送方。如果緩沖區(qū)滿，就將窗口置為0，發(fā)送方收到后就不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但是需要定期發(fā)送一個窗口探測數(shù)據(jù)段，使接收端把窗口大小告訴發(fā)送端。
注意：窗口大小不受16位窗口大小限制，在TCP首部40字節(jié)選項中還包含一個窗口擴大因子M，實際窗口大小是窗口字段的值左移M位。
流量控制解決了兩臺主機之間因傳送速率而可能引起的丟包問題，在一方面保證了TCP數(shù)據(jù)傳送的可靠性。然而如果網(wǎng)絡(luò)非常擁堵，此時再發(fā)送數(shù)據(jù)就會加重網(wǎng)絡(luò)負擔，那么發(fā)送的數(shù)據(jù)段很可能超過了更大生存時間也沒有到達接收方，就會產(chǎn)生丟包問題。
為此TCP引入慢啟動機制，先發(fā)出少量數(shù)據(jù)，就像探路一樣，先摸清當前的網(wǎng)絡(luò)擁堵狀態(tài)后，再決定按照多大的速度傳送數(shù)據(jù)。
此處引入一個擁塞窗口：
發(fā)送開始時定義擁塞窗口大小為1；每次收到一個ACK應答，擁塞窗口加1；而在每次發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送窗口取擁塞窗口與接送段接收窗口最小者。
慢啟動：在啟動初期以指數(shù)增長方式增長；設(shè)置一個慢啟動的閾值，當以指數(shù)增長達到閾值時就停止指數(shù)增長，按照線性增長方式增加；線性增長達到網(wǎng)絡(luò)擁塞時立即“乘法減小”，擁塞窗口置回1，進行新一輪的“慢啟動”，同時新一輪的閾值變?yōu)樵瓉淼囊话搿?/p>
“慢啟動”機制可用圖表示：
1）連接建好的開始先初始化cwnd = 1，表明可以傳一個MSS大小的數(shù)據(jù)。
2）每當收到一個ACK，cwnd++; 呈線性上升
3）每當過了一個RTT，cwnd = cwnd*2; 呈指數(shù)讓升
4）還有一個ssthresh（slow start threshold），是一個上限，當cwnd >= ssthresh時，就會進入“擁塞避免算法”（后面會說這個算法）
1）收到一個ACK時，cwnd = cwnd + 1/cwnd
2）當每過一個RTT時，cwnd = cwnd + 1
這樣就可以避免增長過快導致網(wǎng)絡(luò)擁塞，慢慢的增加調(diào)整到網(wǎng)絡(luò)的更佳值。很明顯，是一個線性上升的算法。
當出現(xiàn)ack超時的時候，需要重傳數(shù)據(jù)包。
TCP認為這種情況太糟糕，反應也很強烈。
快速重傳在收到3個duplicate ACK時就開啟重傳(三次 ack 就認為丟包的原理見 關(guān)于TCP亂序和重傳的問題 、 TCP 快速重傳為什么是三次冗余 ACK )，而不用等到RTO超時。
TCP Reno的實現(xiàn)是：
快速重傳和快速恢復算法一般同時使用。快速恢復算法是認為，你還有3個Duplicated Acks說明網(wǎng)絡(luò)也不那么糟糕，所以沒有必要像RTO超時那么強烈。 注意，正如前面所說，進入Fast Recovery之前，cwnd 和 sshthresh已被更新：
然后，真正的Fast Recovery算法如下：
cwnd = sshthresh + 3 * MSS （3的意思是確認有3個數(shù)據(jù)包被收到了）
重傳Duplicated ACKs指定的數(shù)據(jù)包
如果再收到 duplicated Acks，那么cwnd = cwnd +1
如果收到了新的Ack，那么，cwnd = sshthresh ，然后就進入了擁塞避免的算法了。
如果你仔細思考一下上面的這個算法，你就會知道，上面這個算法也有問題，那就是——它依賴于3個重復的Acks。注意，3個重復的Acks并不代表只丟了一個數(shù)據(jù)包，很有可能是丟了好多包。但這個算法只會重傳一個，而剩下的那些包只能等到RTO超時，于是，進入了惡夢模式——超時一個窗口就減半一下，多個超時會超成TCP的傳輸速度呈級數(shù)下降，而且也不會觸發(fā)Fast Recovery算法了。
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