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TCP 滑動視窗的簡介

TCP的滑動視窗主要有兩個作用,一是提供TCP的可靠性,二是提供TCP的流控特性。同時滑動視窗機制還體現了TCP面向位元組流的設計思路。TCP 段中視窗的相關欄位。

TCP的Window是一個16bit位欄位,它代表的是視窗的位元組容量,也就是TCP的標準視窗最大為2^16-1=65535個位元組。

另外在TCP的選項欄位中還包含了一個TCP視窗擴大因子,option-kind為3,option-length為3個位元組,option-data取值範圍0-14。視窗擴大因子用來擴大TCP視窗,可把原來16bit的視窗,擴大為31bit。

滑動視窗基本原理

1)對於TCP會話的傳送方,任何時候在其傳送快取內的資料都可以分為4類,“已經發送並得到對端ACK的”,“已經發送但還未收到對端ACK的”,“未傳送但對端允許傳送的”,“未傳送且對端不允許傳送”。“已經發送但還未收到對端ACK的”和“未傳送但對端允許傳送的”這兩部分資料稱之為傳送視窗。

當收到接收方新的ACK對於傳送視窗中後續位元組的確認是,視窗滑動,滑動原理如下圖。

當收到ACK=36時視窗滑動。

2)對於TCP的接收方,在某一時刻在它的接收快取記憶體在3種。“已接收”,“未接收準備接收”,“未接收並未準備接收”(由於ACK直接由TCP協議棧回覆,預設無應用延遲,不存在“已接收未回覆ACK”)。其中“未接收準備接收”稱之為接收視窗。

傳送視窗與接收視窗關係

TCP是雙工的協議,會話的雙方都可以同時接收、傳送資料。TCP會話的雙方都各自維護一個“傳送視窗”和一個“接收視窗”。其中各自的“接收視窗”大小取決於應用、系統、硬體的限制(TCP傳輸速率不能大於應用的資料處理速率)。各自的“傳送視窗”則要求取決於對端通告的“接收視窗”,要求相同。

滑動視窗實現面向流的可靠性

最基本的傳輸可靠性來源於“確認重傳”機制。

TCP的滑動視窗的可靠性也是建立在“確認重傳”基礎上的。

傳送視窗只有收到對端對於本段傳送視窗內位元組的ACK確認,才會移動傳送視窗的左邊界。

接收視窗只有在前面所有的段都確認的情況下才會移動左邊界。當在前面還有位元組未接收但收到後面位元組的情況下,視窗不會移動,並不對後續位元組確認。以此確保對端會對這些資料重傳。

滑動視窗的流控特性

TCP的滑動視窗是動態的,我們可以想象成小學常見的一個數學題,一個水池,體積V,每小時進水量V1,出水量V2。當水池滿了就不允許再注入了,如果有個液壓系統控制水池大小,那麼就可以控制水的注入速率和量。這樣的水池就類似TCP的視窗。應用根據自身的處理能力變化,通過本端TCP接收視窗大小控制來對對對端的傳送視窗流量限制。

應用程式在需要(如記憶體不足)時,通過API通知TCP協議棧縮小TCP的接收視窗。然後TCP協議棧在下個段傳送時包含新的視窗大小通知給對端,對端按通知的視窗來改變傳送視窗,以此達到減緩傳送速率的目的。

轉自:http://www.netis.com.cn/flows/2012/08/tcp-滑動視窗的簡介/