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滑动窗口

流量控制

拥塞控制

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滑动窗口

  TCP除了保证可靠性之外，也希望能够尽可能高效的完成数据传输。滑动窗口就是一种提高效率的机制。以下是不引入滑动窗口的数据传输过程：

可以看到，主机A这边每次收到一个ACK才发送下一个数据。这个过程其实是比较低效的。

于是我们就引入了滑动窗口：

这样，就不是一次发送一条数据了，而是一次发送一组，再批量等待一组ACK。就把一条一条发送转化成批量发送了。就把等待时间重叠了，提高了效率。

不等待ack，批量发送多少数据，这个过程就是称为“窗口大小”。

分析：上述过程，收到了2001的ack，此时这个1001-2000的数据就得到了确认，标记成灰色了。接下来，当然要继续等待2001-5000的ack，与此同时，也发送一个新的数据，5001-6000。（此时要等待ack的数据还是四组数据）就像一个固定大小向后滑动的窗口一样。

注意：滑动窗口中，批量发送4组数据之后，不是等到4个都回来才继续发送新的数据，而是收到一个ack，就往后发一个新的。

问题：在滑动窗口中，收到的ack不一定是按照发送顺序返回的，有可能1001-2000和2001-3000的数据先发，但是3001-4000的数据的ack先返回了，这样该怎么办？

3001的意思是3001之前的数据已经收到了，这样滑动窗口就可以向后走两格。

那如果3001之前的数据丢包了，怎么办？

有两种情况：（滑动窗口之下，搭配的丢包处理机制，是很高效的，称为快速重传）

虽然主机A仍然在继续给B往后发送，接下来的每个数据，B都是再向A索要1001这个数据报。

A这边连续收到若干个1001这样的ack，就明白了，原来是1001-2000这个数据丢了，于是紧接着A就将1001-2000这个数据重传。B收到之后，会从7001开始发送ack。1001-2000的数据就像一块拼图，一但拼图凑齐，B就会从最新的7001开始发送。

因为对于B来说有一个接收缓冲区，数据报都是先存在接收缓冲区里的。当缓冲区存在某个缺口的时候，返回的ack，确认序号都是在索要缺口的数据。

超时重传和快速重传是否是冲突的？ 当然不冲突。两者只是不同情况下采取的重传策略。快速重传相当于在滑动窗口下的特殊变种。

注：如果TCP传输的数据比较少，不频繁，此时就不会触发滑动窗口，仍然按照超时重传的方式来解决丢包问题。如果短时间传输大量数据，此时才能触发滑动窗口。此时才触发快速重传，按照ack反馈的次数来解决丢包问题。

重要结论：滑动窗口，说是提升效率的机制，更准确地说，是“亡羊补牢”的机制。TCP为了保证可靠性，牺牲了很多效率。引入滑动窗口，是让效率上的牺牲，变少一些，但是仍然是存在牺牲的。再如何滑动窗口，速度也不可能比UDP这种没有可靠机制的协议更快。

流量控制

  滑动窗口的窗口大小是可变的。可以通过窗口大小，来控制发送方的发送速度。窗口越大，单位时间发的数据就越多，效率就越高。窗口越小，单位时间发的数据就越少。

通常情况下，肯定是希望尽可能高效的传输。但是高效的前提一定是可靠性。

如果发送速度太快，接收方处理不过来，此时还可能引起丢包。

接收方根据自身的处理能力，反向制约发送方的速度，是双方达成一个“平衡”。这样的机制，就称为“流量控制”。

如何衡量接收方的处理速度？   接收方有一个接收缓冲区（阻塞队列）。

以空闲空间大小，作为发送方发送数据的窗口大小。接收方给发送方返回ack，把这个数值告诉发送方，在ack报文中，在tcp报头里，指定一个字段，表示上述的空闲空间大小。

窗口拓展因子，就可以使窗口大小大于64kb。

发送方就可以按照上述窗口大小，决定下一轮数据发送的窗口大小了。

拥塞控制

拥塞控制和流量控制类似，都是和滑动窗口搭配的机制。流量控制是站在接收方的角度，影响发送方的速度。而拥塞控制是站在发送方的角度，影响接收方的速度。

流量控制的时候，很容易定量的来衡量，接收缓冲区的剩余空间大小，用这个作为发送窗口大小。但是考虑中间结点，就复杂了。每次走的路径，每个设备的处理能力，繁忙程度，都不一样。

但是无论中间结构多复杂，tcp都会把它们视为一个整体，然后通过“实验”的方式，找到一个合适的窗口大小（发送速度）。具体流程如下：

刚开始按照小的速度，小的窗口来发送数据。如果没有出现丢包（说明中间链路非常通畅），就可以增加速度，增加窗口大小。如果还是没丢包，仍然很通畅，就继续增加速度，继续增加窗口大小。.........增加到一定程度，发送速度非常快了，此时可能某个设备到达瓶颈，出现丢包了。此时，发送方立即减少窗口大小，继续发送，看是否还丢包。如果不丢包，再继续尝试加。如果丢包，就继续尝试减。这样就能找到一个合适的窗口大小的值，就可以不丢包，并且还能以比较快的速度完成传输。

由于网络是复杂的，也是多变的。按照上述方式，动态调整，随时适应网络中的变化。

拥塞控制的窗口，影响发送速度。流量控制窗口，也会影响发送速度。这俩窗口哪个小，就听那个的。

拥塞控制窗口大小动态变化是否有规律？

1）刚开始，以比较小的窗口，来传输数据。主要因为刚开始不知道网络是否拥堵，先试试看。

2）按照指数方式扩大窗口（*2）

这里慢启动说的“慢”说的是刚开始窗口大小比较小，传输速度慢。而不是窗口大小的变化速度慢（指数增长非常快的）。

3）指数增长的过程中，达到某个阈值，就要变成线性增长（+n）。

4）线性增长，也是增长，发送速度越来越快。增长到一定程度，就会出现丢包。此时，发送方大概就摸到了网络的大概能力是在啥样的水平。此时就会立即把窗口变小（发送速度减下去）。

5）缩小有两种方式

 1、直接缩到底（回到了最初慢启动的时候），接下来指数增长，线性增长。

 2、缩到出现丢包时，窗口大小一半这样的位置，接下来线性增长。

第一种方式比较低效，现在已经废弃了。第二种方式是当前实际使用的方式。

以上关于滑动窗口，希望对你有所帮助。