第 10 章：拥塞控制

这是《计算机网络 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。 流量控制保护接收方，拥塞控制保护网络。TCP 拥塞控制通过拥塞窗口、慢启动、拥塞避免、快速恢复和多种算法，在丢包或时延信号中探测可用容量。理解拥塞控制，才能解释为什么跨地域长肥网络吞吐低、为什么少量丢包影响巨大、为什么 BBR 在弱网下表现不同。

10.1 拥塞窗口与接收窗口

实际发送窗口：

send window = min(cwnd, rwnd)

拥塞控制演进：

查看当前算法：

sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control

查看可用算法：

sysctl net.ipv4.tcp_available_congestion_control

10.2 慢启动

初始窗口较小，每个 RTT 内近似指数增长：

RTT 1: cwnd = 10
RTT 2: cwnd = 20
RTT 3: cwnd = 40

达到慢启动阈值后进入拥塞避免：

cwnd < ssthresh：慢启动
cwnd >= ssthresh：拥塞避免

慢启动并不慢，它的起点低但增长快。短连接可能刚完成慢启动就关闭，无法充分利用带宽。

10.3 拥塞避免与丢包响应

拥塞避免阶段线性增长：

每个 RTT cwnd 增加约 1 MSS

发生超时：

ssthresh = cwnd / 2
cwnd = 初始窗口
重新慢启动

快速重传触发：

ssthresh = cwnd / 2
cwnd 降半并进入快速恢复

传统丢包算法在高 RTT、高带宽和少量随机丢包网络中吞吐受限。

10.4 CUBIC

CUBIC 使用三次函数调整窗口，相比 Reno 对高带宽长延迟网络更友好。

特点：

1. 窗口增长与 RTT 关联较弱；
2. 大窗口网络收敛更快；
3. 仍以丢包为主要拥塞信号；
4. 是许多 Linux 版本的默认算法之一；
5. 深缓冲网络可能出现缓冲膨胀。

10.5 BBR

BBR 估算瓶颈带宽和最小 RTT，目标是让发送速率接近 BDP，而不是持续填满缓冲区。

核心指标：

delivery rate：交付速率
min RTT：路径最小往返时延

特点：

10.6 缓冲膨胀

路径中缓冲区过大时：

cwnd 持续增长
  -> 队列变长
     -> RTT 上升
        -> 交互延迟变大

现象：

1. 吞吐不低；
2. RTT 显著上升；
3. 语音和游戏卡顿；
4. 大文件传输影响小请求。

缓解：

1. 使用 BBR 或时延敏感算法；
2. 队列管理，如 FQ-CoDel；
3. 限速大流量；
4. 业务流量隔离；
5. 升级链路或分流。

Linux 队列规则：

tc qdisc show

10.7 拥塞控制与业务吞吐

常见吞吐异常：

排查：

ss -i dst 10.20.1.10
cat /proc/net/netstat
netstat -s | grep -i retrans

重点指标：

1. RTT；
2. retrans；
3. cwnd；
4. unacked；
5. 丢包率；
6. 实际吞吐。

10.8 多流公平性

同一瓶颈上的多条 TCP 流会竞争带宽。传统算法通过窗口减半和探测逼近公平，但不同算法、不同 RTT 和非 TCP 流竞争时结果不同。

生产建议：

1. 大文件传输与在线交易流量隔离；
2. 备份任务限速；
3. 使用 QoS 标识关键流量；
4. 避免批量任务与用户请求共享同一出口；
5. 监控队列和重传；
6. 跨地域传输优先就近和分片并行。

本章小结

拥塞控制通过 cwnd 探测网络容量，慢启动指数增长，拥塞避免线性增长，丢包后减半或重新慢启动。CUBIC 改善高带宽长延迟网络表现，BBR 基于带宽和 RTT 降低对丢包和缓冲的依赖。吞吐问题应同时看 RTT、丢包、窗口、队列和并发流数量。

思考题

1. rwnd 和 cwnd 分别保护什么？
2. 慢启动为什么是指数增长却叫慢启动？
3. 超时重传和快速重传后的窗口变化有什么不同？
4. 为什么 BBR 在弱网下可能优于 CUBIC？
5. 写一份跨地域文件传输吞吐低的排查清单。