TCP滑动窗口、流量控制、拥塞控制

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TCP滑动窗口、流量控制、拥塞控制

一、滑动窗口

上篇博客我们介绍了TCP报文结构、确认应答机制、超时重传机制、连接管理机制
TCP保证了可靠传输,但是失去了效率。那么怎么样尽可能提高传输效率呢???

我们讨论了确认应答策略:对每一个发送的数据段,都要给一个ACK确认应答,收到ACK后再发送下一个数据段。
这样做有一个比较大的缺点,就是性能较差,尤其是数据往返的时间较长的时候。

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主机A大量的时间都消耗在了等待ACK上!

既然这样一发一收的方式性能较低,那么我们一次发送多条数据,就可以大大的提高性能 (其实是将多个段的等待时间重叠在一起了) !
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  • 窗口大小指的是无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。上图的窗口大小就是4000个字节 (四个段)。
  • 发送前四个段的时候,不需要等待任何ACK,直接发送;
  • 收到第一个ACK后,滑动窗口向后移动,继续发送第五个段的数据;依次类推;
  • 操作系统内核为了维护这个滑动窗口,需要开辟发送缓冲区来记录当前还有哪些数据没有应答;只有确认应答过的数据才能从缓冲区删掉;
  • 窗口越大,则网络的吞吐率就越高;

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那么如果出现了丢包,如何进行重传?这里分两种情况讨论。

情况一: 数据包已经抵达,ACK被丢了。
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这种情况下,部分ACK丢了并不要紧,因为可以通过后续的ACK进行确认!

情况二: 数据包就直接丢了。
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2001 – 7000 接收端其实之前就已经收到了,被放到了接收端操作系统内核的接收缓冲区中。

这种搭配滑动窗口的机制被称为”高速重发控制” (也叫”快重传”)。

二、流量控制

窗口大小越大,确实发送速度会更快~~ 但是窗口能无限大吗?

接收端处理数据的速度是有限的。如果发送端发的太快,导致接收端的缓冲区被打满,这个时候如果发送端继续发送,就会造成丢包,继而引起丢包重传等等一系列连锁反应。

因此TCP支持根据接收端的处理能力,来决定发送端的发送速度。这个机制就叫做流量控制 (Flow Control) !

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接收方的接收速率如何进行量化?
接收方使用接收缓冲区的剩余空间大小来作为发送方发送速率(窗口大小)的参考数值!

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如果接收端缓冲区满了,就会将窗口置为0;这时发送方不再发送数据,但是需要定期发送一个窗口探测数据段,使接收端把窗口大小告诉发送端。
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接收端如何把窗口大小告诉发送端呢?回忆我们的TCP首部中,有一个16位窗口字段,就是存放了窗口大小信息:
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16位数字最大表示65535,那么TCP窗口最大就是65535字节么?
实际上,TCP首部40字节选项中还包含了一个窗口扩大因子M,实际窗口大小是窗口字段的值左移M位~~

三、拥塞控制

流量控制是通过接收方的处理能力来衡量发送方的速率的。
难道只需要考虑接收方的处理速率吗?显然不是,还得考虑中间的这些转发节点的情况!
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网络的环境是复杂的,网络环境也不是一成不变的~~
这就是拥塞控制!

流量控制是在控制发送方的窗口大小;拥塞控制也是在控制发送方的窗口大小。
那么有分歧的时候听谁的?谁小听谁的!!!(木桶原理)

TCP实现拥塞控制的具体方式是什么呢?
TCP引入慢启动机制,先发少量的数据探探路,摸清当前的网络拥堵状态,再决定按照多大的速度传输数据。

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拥塞控制,归根结底是TCP协议想尽可能快的把数据传输给对方,但是又要避免给网络造成太大压力的折中方案~~

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