1. Overview

最初的TCP因为不支持拥塞控制而频繁被丢弃数据包，协议栈被投入使用8年后，Van Jacobson在1988年将 TCP 拥塞控制引入网络。

IP层并没有提供拥塞控制功能，各个主机不知道什么是合理的速度。理想场景利用负反馈控制窗口，每一个TCP连接，引入变量CongestionWindow与SlowStartThreshold。

2. Tahoe

定义拥塞发生事件：超时或者是3个冗余ACK。MSS：Maximum Segment Size

SlowStart（SS）状态：

每一次RTT，cwnd>>=1，保持SS。
超时或者是3-ACK：重发，cwnd=1MSS，ssthresh=cwnd>>1，保持SS。
如果达到警戒阈值，进入CA。

CongestionAvoidance（CA）状态：

每一次RTT，cwnd倍增，保持CA。
超时或者是3-ACK：重发，cwnd=1MSS，进入SS。

3. Reno

定义新的状态：FastRecovery，考虑到2-ACK必定乱序造成的，丢包肯定会造成2-ACK。但是超时的情况下必定会进入SS。

SlowStart（SS）状态：

每一次RTT，cwnd倍增。
超时：重发，cwnd=1MSS，ssthresh=cwnd>>1，保持SS。
3-ACK：快速重传，ssthresh=cwnd>>1，cwnd=ssthresh+3，进入FR。
如果达到警戒阈值，进入CA。

CongestionAvoidance（CA）状态：

每一次RTT，cwnd倍增。
超时：重发，cwnd=1MSS，进入SS。
3-ACK：ssthresh=cwnd>>1，cwnd=ssthresh+3，重传，进入FR。

FastRecovery（FR）状态：

dupACK: cwnd=cwnd+1MSS，保持FR。
newACK：cwnd=ssthresth，进入CA。
超时：ssthtresh=cwnd>>1，cwnd=1，重传，进入SS。

4. New Reno

Reno存在的问题：从FR恢复过快，但是实际上在拥塞时分组是成串被丢弃的，后面段的丢失，超时后还是会进入进入SS，使得cwnd又回到1。

改进：由发送方记住缺少确认的段，当这些缺少的段都被确认后，再走出FR状态。

FastRecovery（FR）状态：

dupACK：同上，cwnd=cwnd+1，保持FR
部分确认（PACK）：收到部分新确认，保持FR
- 发送确认后面的段，冗余ACK数量=0，定时器复位不要超时了， cwnd=cwnd+1
- 有新段可以发送，发送新的段
恢复确认（RACK）：收到所有拥塞时未确认的段确认，cwnd = ssthresh ，定时器复位，进入CA阶段

存在问题：只能恢复一个段的丢失。

考虑RFC793，在TCP头部保留有Options

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          Source Port          |        Destination Port       |
|             16 bit            |             16 bit            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                         Sequence Number                       |
|                              32 bit                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                       Acknowledgment Number                   |
|                              32 bit                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Data  |          |U|A|P|R|S|F|                                |
|Offset | Reserved |R|C|S|S|Y|I|            Window              |
|       |          |G|K|H|T|N|N|                                |
|4 bits |  6 bits  |  6 bits   |            16 bit              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|            Checksum          |          Urgent Pointer        |
|             16 bits          |             16 bits            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|            Options           |          Padding               |
|        variable length       |                                |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                            data                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

通过SACK，如接收方给出哪些段收到了，哪些段乱序到达了等信息给发送方。发送端一次发送多个丢失段，每RTT可以重传多个丢失段，提升效率。修改TCP首部的Options如下：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     nop      |     nop       |    SACK(5)   |     L = 10      |
|    8 bits    |    8 bits     |    8 bits    |     8 bits      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          Left Edge                            |
|                            32 bit                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          Right Edge                           |
|                            32 bit                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

SACK（Several ACK）：在NewReno的基础上，使用pipe=待确认的段数量（在管道中已发送出去的段数） th=cwnd>>1，cwnd=th+3。pipe不能够太满，也不能够太少。

5. Cubic

WIP