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tags: [计算机网络, TCP流量控制, 拥塞控制, BBR, Cubic]
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create time: 2026-05-18 02:00
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# 流量控制与拥塞控制
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## 概述
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TCP 有两个"刹车"机制：流量控制（防止接收方被淹没）和拥塞控制（防止网络被撑爆）。前者是**端到端**的，后者是**全网协同**的。
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## 流量控制（Flow Control）
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### 滑动窗口原理
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```mermaid
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flowchart LR
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Sender["发送方"] -->|"seq 100..299"| Recv["接收方<br/>rwnd = 300"]
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Recv -->|"ACK=100, window=300"| Sender
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Note over Sender:"可用窗口 = min(cwnd, rwnd)"
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Note over Recv:"rwnd = RecvBufSize - UnackedData"
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```
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| 概念 | 含义 |
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|------|------|
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| **rwnd** (Receive Window) | 接收方的剩余缓冲区大小，告诉发送方"我还能收多少" |
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| **cwnd** (Congestion Window) | 拥塞窗口，由发送方根据网络状况自行估算 |
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| **实际可用窗口** | `min(rwnd, cwnd)` — 取两者较小值 |
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### 零窗口问题
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当接收方缓冲区满时，会通告窗口大小为 0：
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```
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发送方收到 ACK with window=0 → 停止发送数据 → 进入 persist timer 探测状态
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```
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### Zero Window Probe (ZWP)
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Linux 内核的 ZWP 定时发送一个字节的数据来探测窗口是否恢复：
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```bash
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$ sysctl net.ipv4.tcp_no_metrics_save
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net.ipv4.tcp_no_metrics_save = 1 # 避免缓存错误的 RTT 值
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```
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> [!warning] 死锁场景
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> 如果 ZWP 丢失且对端没有响应，连接会永久僵死。解决方案：应用层实现超时重连。
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## 拥塞控制（Congestion Control）
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### 四种核心算法
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```mermaid
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flowchart TD
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subgraph "慢启动阶段 Slow Start"
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A["cwnd = 1 MSS"] -->|"每个RTT翻倍(指数增长)"| B[cwnd ≥ ssthresh?]
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end
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B -->|"是"| C["进入拥塞避免<br/>(线性增长)"]
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subgraph "拥塞避免阶段 Congestion Avoidance"
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C -->|"每个RTT+1 MSS<br/>(线性增长)"| D[检测到丢包? ]
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end
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D -->|"是"| E["ssthresh = cwnd / 2<br/>cwnd = 1 (或 2 MSS)"]
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E --> F["回到慢启动<br/>(快速恢复)"]
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F --> G["快速恢复后<br/>进入拥塞避免"]
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style A fill:#DDA0DD,color:#000
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style C fill:#FFD700,color:#000
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style E fill:#FF6B6B,color:#fff
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style G fill:#98FB98,color:#000
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```
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### 详细对照表
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| 阶段 | cwnd 变化 | 增长速度 | 适用场景 |
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|------|----------|---------|---------|
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| **慢启动** | 每 RTT × 2 | 指数 | 初始探测、快速恢复后 |
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| **拥塞避免** | 每 RTT + 1 MSS | 线性 | 接近容量时的精细调节 |
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| **快重传** | 收到 3 个 Dup ACK | 立即重传 | 轻微丢包 |
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| **快恢复** | cwnd = max(cwnd/2, 2MSS) | 从减半值开始慢启动 | 伴随快重传 |
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### 三种触发事件
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| 事件 | 操作 | ssthresh | cwnd |
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|------|------|---------|------|
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| 3个重复 ACK | 快重传 + 快恢复 | cwnd / 2 | max(cwnd/2, 2×MSS) |
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| RTO 超时 | 慢开始 | cwnd / 2 | 1 MSS (Reno/Cubic) / 3 segments (NewReno) |
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| SACK 确认部分缺失 | SACK-based fast recovery | 同上 | 同上 |
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## Linux 拥塞控制算法对比
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### 可选算法列表
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```bash
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$ cat /proc/sys/net/ipv4/congestion_control
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bbr
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$ ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/ipv4/*_cc.ko*
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tcp_cubic.ko tcp_dctcp.ko tcp_htcp.ko tcp_highspeed.ko tcp_hybla.ko tcp_illinois.ko tcp_lp.ko tcp_reno.ko tcp_scalable.ko tcp_vegas.ko tcp_westwood.ko tcp_yeah.ko tcp_bbr.ko
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```
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### 主流算法对比
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```mermaid
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flowchart LR
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Reno["TCP Reno<br/>• cwnd/2 on drop<br/>• Classic cubic curve"]
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Cubic["TCP Cubic (Linux default)<br/>• Non-linear recovery<br/>• Better for high-BDP links"]
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BBR["Google BBR v2<br/>• Model bottleneck<br/>• Max throughput, low latency<br/>• No loss-based triggering"]
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DCTCP["DCTCP (Datacenter)<br/>• ECN-based<br/>• Near-zero congestion in DC"]
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style Reno fill:#DDA0DD,color:#000
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style Cubic fill:#FFD700,color:#000
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style BBR fill:#98FB98,color:#000
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style DCTCP fill:#B0C4DE,color:#000
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```
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| 特性 | Reno | Cubic (默认) | BBR v2 | DCTCP |
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|------|------|-------------|--------|-------|
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| 触发方式 | 丢包/重复ACK | 丢包/重复ACK | **延迟模型** | ECN标记 |
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| 高带宽利用 | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐⭐ |
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| 低延迟 | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐ |
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| 数据中心 | ❌ | ✅ | ✅ (推荐) | ✅ (需ECN支持) |
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| WAN/广域网 | ✅ | ✅ | ✅✅ | ❌ |
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| Google 生产环境 | — | — | ✅ 全部使用 | — |
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| 配置复杂度 | 零 | 调参选项多 | 最少 (只需设置目标 bw/rtt) | 需交换机支持 ECN |
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### BBR v2 核心思想
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BBR 不依赖丢包作为拥堵信号——它直接建立网络管道模型：
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BBR 维护三个核心测量值:
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┌─────────────┬──────────────┬─────────────┐
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│ Bottleneck │ Propagation │ In-flight │
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│ Bandwidth │ Delay (BDP) │ Data Limit │
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│ (最高吞吐) │ (最低延迟) │ (当前水量) │
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└─────────────┴──────────────┴─────────────┘
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然后动态调整: send_rate ≤ bw AND in_flight ≤ bdp + buffer
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```
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```bash
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# 切换为 BBR
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$ sudo sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr
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$ echo 'net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr' >> /etc/sysctl.conf
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# 验证
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$ ss --info
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... cubic bbr ...
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```
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## Go 中的实践
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### 设置 TCP 选项
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```go
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import "golang.org/x/net/ipv4"
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// 设置 socket 级别的拥塞控制相关参数
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conn, _ := net.Dial("tcp", "example.com:80")
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c := ipv4.NewConn(conn.RawConn())
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c.SetTrafficClass(0) // DSCP/ECN
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c.SetNoDelay(false) // Nagle 算法关闭 → 小包立刻发
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```
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```go
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// http.Transport 的连接管理
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transport := &http.Transport{
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MaxIdleConns: 100,
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MaxIdleConnsPerHost: 10,
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IdleConnTimeout: 90 * time.Second,
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}
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// 自定义 DialContext 以启用 keepalive
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dialer := &net.Dialer{
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Timeout: 30 * time.Second,
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KeepAlive: 30 * time.Second, // 替代内核默认的 7200s
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}
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## 关联笔记
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- [[hhs/NETWORK/TCP段结构与状态机]] — cwnd/rwnd 在 TCP 首部中的 Window 字段
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- [[hhs/NETWORK/TCP三次握手与四次挥手]] — 握手中协商的 Window Scale 选项
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- [[hhs/NETWORK/TCP粘包与拆包]] — PSH 标志与流量控制的关联
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