面试题：网络编程 - TCP/IP协议栈中的拥塞控制机制

拥塞控制算法阐述

慢启动（Slow Start）
- 原理：发送方在开始发送数据时，先将拥塞窗口（cwnd）初始化为一个较小的值（通常为1个最大段大小MSS）。每收到一个确认（ACK），就将cwnd增加1个MSS。这样cwnd会以指数级的速度增长，快速增加发送速率。
- 适用场景：在网络刚开始传输数据或者网络空闲一段时间后重新传输数据时，能快速探测网络的可用带宽。
拥塞避免（Congestion Avoidance）
- 原理：当cwnd达到慢启动门限（ssthresh）时，进入拥塞避免阶段。此时每收到一个ACK，cwnd增加1/cwnd个MSS。也就是说，cwnd的增长速度变为线性增长，以避免网络拥塞。
- 适用场景：当网络已经接近拥塞边缘时，通过线性增长cwnd来维持网络的稳定传输。
快重传（Fast Retransmit）
- 原理：当发送方连续收到3个相同的ACK时，就认为有一个数据包丢失，此时不等重传定时器超时，就立即重传丢失的数据包。
- 适用场景：在网络出现少量丢包时，快速重传丢失的数据包，减少数据传输延迟。
快恢复（Fast Recovery）
- 原理：当执行快重传后，将ssthresh设置为当前cwnd的一半，同时将cwnd设置为ssthresh加上3倍的MSS（因为收到了3个重复ACK），然后进入拥塞避免阶段，cwnd线性增长。这样可以在快速恢复丢失数据包的同时，也对网络拥塞做出一定反应。
- 适用场景：在快重传之后，快速调整发送速率，避免网络拥塞进一步恶化。

算法协同工作分析

网络空闲或初始阶段：慢启动开始，cwnd指数增长，快速探测网络带宽。
接近拥塞阶段：到达ssthresh后进入拥塞避免，cwnd线性增长，防止网络拥塞。
少量丢包：触发快重传，快速重传丢失包，同时快恢复调整cwnd和ssthresh，进入拥塞避免继续传输，维持网络稳定。
严重拥塞（超时重传）：将ssthresh设置为当前cwnd的一半，cwnd重新设置为1个MSS，重新进入慢启动，逐步恢复网络传输。

代码层面实现（以Python和TCP socket为例，简化示例）

import socket

# 初始化参数
cwnd = 1  # 拥塞窗口
ssthresh = 16  # 慢启动门限
MSS = 1024  # 最大段大小

# 创建TCP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(('127.0.0.1', 12345))

# 模拟数据发送
data = b'0' * MSS
while True:
    # 发送数据
    sent = sock.send(data)
    if sent == 0:
        raise RuntimeError("socket connection broken")

    # 模拟接收ACK
    try:
        ack = sock.recv(1024)
        if ack:
            if cwnd < ssthresh:
                cwnd = cwnd + 1
            else:
                cwnd = cwnd + 1 / cwnd
            # 调整下次发送数据大小
            data = b'0' * int(cwnd * MSS)
    except socket.timeout:
        # 超时重传
        ssthresh = cwnd / 2
        cwnd = 1
        data = b'0' * MSS
    # 这里省略快重传和快恢复的详细模拟，实际需要根据重复ACK等情况实现

上述代码是一个非常简化的TCP拥塞控制算法实现示例，实际在操作系统内核中的TCP实现会更加复杂，涉及到很多底层细节和优化。

星途面试题库

面试题：网络编程 - TCP/IP协议栈中的拥塞控制机制

知识考点

面试题答案

拥塞控制算法阐述

算法协同工作分析

代码层面实现（以Python和TCP socket为例，简化示例）