TCP拥塞控制的起源
1986年，从LBL到UC Berkeley的网络吞吐因为拥塞出现了从32Kbps到40bps的急剧下降，Van Jacobson 在1988年的论文《Congestion Avoidance and Control》从这个问题出发，提出了数据包守恒定律以及慢启动、拥塞控制和快重传的算法，在1990年又提出了快恢复算法。
数据包守恒原则
在一个运行平稳的TCP连接中流动的数据包应该是守恒的，意思是当只有旧的数据包被成功传输到对端后，新的数据包才能加入到连接中。在TCP协议中，我们可以使用ack来作为判断数据包是否已经成功到达对端的依据，就是说当发送端收到good ack（大于发送端当前已经收到的最大ack的ack）时，它就可以发送新的数据包了。这种根据ack来决定继续发送数据包的机制就叫做self clocking（也叫做ack clocking）。
慢启动
通过数据包守恒原则，我们知道可以通过ack来决定是否发送新的数据，而要收到ack就要先发送数据。慢启动就开始发送数据时的行为控制。慢启动的总体思路就是从一个很低的初始值开始，逐渐增加数据发送的速度，直到达到超时或者丢包为止。慢启动的实现思路如下：
- 每个连接维护一个变量cwnd（congestion window）
- 当连接刚建立或者遇到丢包时，将cwnd设置为1，单位为MSS（maximum segment size）
- 每收到一个新的ack，cwnd加一
- 当发送数据时，能够发送的数据包数量为min(cwnd,awnd)，awnd为接收端的滑动窗口大小(reciver's advertised window)
可以预见，在没有出现超时或者丢包时，慢启动增长的速度是指数级的，所以慢启动实际上并没有那么“慢”，“慢”是慢在它的起点只有1个MSS。
拥塞避免
前面提到，慢启动的目的是逐渐增加发送速度进行试探，直到出现网络拥塞，而真正出现拥塞时又该怎么做呢，就是“拥塞避免”所做的事情了。拥塞避免主要由两部分组成：
- 一个判断当前网路出现拥塞的机制
- 在出现拥塞时降低发送速度的机制
而拥塞避免的实现思路如下：
- 当出现超时时，将cwnd设置为当前值的一半（即当出现超时时就认为是出现了拥塞）
- 每收到一个新的ack，cwnd加1/cwnd（即当传输成功cwnd个数据包时，窗口大小加一，也就是随着RTT线性增加）
这里的两个变更cwnd的行为通常称为“乘法减小”和“加法增大”。
结合慢启动和拥塞避免的算法
值得注意的是，慢启动和拥塞避免实际上是两个不同的算法，它们一个用于试探网络资源的上限，另一个用于资源使用率达到或者接近上限时的行为。在1988年的论文中给出了一个结合了慢启动和拥塞避免的算法，具体实现思路如下：
- 发送端维持两个变量：拥塞窗口cwnd（congestion window）和慢启动门限ssthresh（slow start threshold），通过这两个变量来决定当前应该执行慢启动还是拥塞避免算法。
- 发送数据时，能够发送的数据包数量为min(cwnd,awnd)
- 出现超时时，ssthresh更新为cwnd/2（但不能小于2），cwnd设置为1
- 每收到一个新的zck，发送端的行为是:
- 如果
cwnd<ssthresh，cwnd+=1（慢启动阶段，窗口指数级别增加） - 否则
cwnd+=1/cwdn（拥塞避免阶段，窗口线性增加）
- 如果
快重传
快速重传的目的就是让发送端尽快感知到丢包。TCP发送方在每发送一个分段时会启动一个计时器，如果相应的数据包确认没在特定时间内被送回，发送方就假设这个分段在网络上丢失了，需要重发。这也是TCP用来估计RTT的测量方法。
重复确认
重复确认基于以下过程：如果接收方接收到一个数据分段，就会将该分段的序列号加上数据字节长的值，作为分段确认的确认号，发送回发送方，表示期望发送方发送下一个序列号的分段。但是如果接收方提前收到更大的序列号的分段，或者说接收到无序到达的分段，接收方需要立即使用之前的确认号发送分段确认。此时如果发送方收到接收方相同确认号的分段确认超过1次，并且该对应序列号的分段超时计时器仍没超时的话，则这就是出现重复确认，需要进入快速重传。
快送重传就是基于以下机制：如果假设重复阈值为3，当发送方收到4次相同确认号的分段确认（第1次收到确认期望序列号，加3次重复的期望序列号确认）时，则可以认为继续发送更高序列号的分段将会被接受方丢弃，而且会无法有序送达。发送方应该忽略超时计时器的等待重发，立即重发重复分段确认中确认号对应序列号的分段。
TCP拥塞控制的各个实现
这里先列举各个TCP拥塞控制的实现，具体接受后续再补上了。
- TCP Tahoe/Reno，Reno中首次增加了“快恢复”阶段
- TCP Vegas
- TCP New Reno
- TCP BIC/CUBIC
- TCP Westwood/Westwood+
- Compound TCP
- TCP PRR
- TCP BBR
