TCP的慢启动（Slow Start）机制详解 1. 慢启动的背景与目的 在TCP连接建立之初，发送方并不清楚当前网络的拥塞状况。如果立即发送大量数据，可能会瞬间加剧网络拥塞，导致大量丢包。慢启动（Slow Start）机制的核心目的是：在连接开始时或检测到拥塞后，以一种“试探性”的方式逐步增加发送速率，从而平滑地探测网络的可用带宽，避免“鲁莽”地注入数据。 2. 慢启动的核心参数：拥塞窗口（cwnd） 慢启动的运行依赖于一个关键变量： 拥塞窗口（Congestion Window, cwnd） 。它由发送方维护，代表了在未收到对方确认（ACK）的情况下，发送方最多可以发送的数据量。cwnd是发送方根据感知到的网络拥塞程度而自行调整的，它与接收方通告的接收窗口（rwnd）共同决定了发送窗口的实际大小。 3. 慢启动的基本规则 慢启动算法遵循一个简单的指数增长规律： 启动阶段 ：在连接刚建立时，或者因超时重传（表明发生了严重拥塞）而重启慢启动时，cwnd被设置为一个很小的值，通常为1个MSS（Maximum Segment Size，最大报文段长度）。例如，cwnd = 1 MSS。 增长规则 ：每收到一个 有效的ACK （即确认了新的数据），cwnd就增加1个MSS。 更精确地说，因为TCP采用累积确认，一个ACK可能确认多个报文段。但慢启动的经典描述是：每确认1个MSS的数据，cwnd就增加1个MSS。这导致了“每经过一个RTT（往返时间），cwnd就会翻倍”的指数增长效应。 4. 慢启动的详细过程推演 让我们通过一个具体的例子来理解这个指数增长过程。假设MSS为1460字节，初始cwnd = 1 MSS。 第1轮传输 ：发送方可以发送cwnd=1个报文段（Seq 1）。接收方收到后，回复一个ACK。发送方收到这个ACK后，cwnd增加1个MSS，变为2。 第2轮传输 ：现在cwnd=2，发送方可以连续发送2个报文段（Seq 2和Seq 3）。当这两个报文段的ACK都到达时： 收到ACK for Seq 2：cwnd增加1，变为3。 收到ACK for Seq 3：cwnd增加1，变为4。 在这一轮中，发送了2个报文，收到了2个ACK，cwnd从2增长到了4。 经过的RTT数量可以认为是1个（从开始发送Seq2/3到收到它们的ACK） 。 第3轮传输 ：cwnd=4，发送方发送4个报文段（Seq 4, 5, 6, 7）。收到4个ACK后，cwnd将增加4，变为8。 后续轮次 ：以此类推，cwnd的变化序列为：1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16 -> ... 从整个过程可以看出， 每经过一个RTT，cwnd的大小就会翻倍 。这种增长是指数级的，因此发送速率会非常迅速地提升。 5. 慢启动的终止条件：慢启动阈值（ssthresh） 指数增长不可能无限持续下去，否则很快就会导致网络拥塞。因此，慢启动需要一个“刹车”机制。这个机制由 慢启动阈值（Slow Start Threshold, ssthresh） 来控制。 ssthresh的作用 ：当cwnd < ssthresh时，使用慢启动算法（指数增长）。当cwnd >= ssthresh时，就会切换到 拥塞避免（Congestion Avoidance） 算法，转为线性增长，增长速率会放缓。 ssthresh的初始值 ：在连接开始时，ssthresh通常被设置为一个很大的值（比如接收方通告的窗口大小），这意味着初始阶段会一直处于慢启动状态，直到发生拥塞或达到接收窗口限制。 ssthresh的更新 ：当发生拥塞（通过超时或重复ACK判断）时，ssthresh会被更新为当前拥塞窗口大小的一半（具体算法有不同，如Tahoe和Reno），即 ssthresh = max(cwnd / 2, 2) 。然后cwnd被重置为1，重新开始慢启动。这个机制使得TCP能够根据网络状况动态调整其激进程度。 6. 慢启动的总结与意义 目的 ：温和地探测网络带宽，避免初始阶段引发拥塞。 增长方式 ：指数增长（每RTT翻倍）。实现上是“每确认一个报文段，cwnd增加1个MSS”。 控制机制 ：由ssthresh门限值控制何时从慢启动切换到拥塞避免。 重要性 ：慢启动是TCP拥塞控制算法的基石之一，它与拥塞避免、快速重传、快速恢复等机制协同工作，共同保证了TCP在大规模、复杂的互联网中能够高效、公平地运行。虽然名字叫“慢启动”，但其增长实际上非常迅速，能很快地利用起可用带宽。