TCP 滑動(dòng)窗口原理解析

作者：了不起 2023-08-11 07:44:40

計(jì)算機(jī)之間使用 TCP 協(xié)議進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每次連接都需要經(jīng)過 3 個(gè)階段：創(chuàng)建連接、數(shù)據(jù)傳送和釋放連接，即傳輸數(shù)據(jù)之前，在發(fā)送端和接收端建立邏輯連接、然后傳輸數(shù)據(jù)、最后斷開連接，它保證兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間比較可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

一、摘要

前些日子，在分享網(wǎng)絡(luò)編程知識(shí)文章的時(shí)候，有個(gè)網(wǎng)友私信給我留言了一條“能不能寫一篇關(guān)于 TCP 滑動(dòng)窗口原理的文章”。

當(dāng)時(shí)沒有立即回復(fù)，經(jīng)過查詢多方資料，發(fā)現(xiàn)這個(gè) TCP 真的非常非常的復(fù)雜，就像一個(gè)清澈的小溝，你以為很淺，結(jié)果一腳踩下去，感覺深不可測(cè)。

雖然之前也總結(jié)過一些關(guān)于網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，對(duì)于 TCP 協(xié)議棧也做過一些介紹，但是大體上都描述的比較簡(jiǎn)單，沒有深入去了解，本篇在很大程度上彌補(bǔ)了我對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的空白。

話不多說，直接上干貨！

二、TCP 數(shù)據(jù)傳輸

在之前的文章中我們了解到，TCP 協(xié)議能保證網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)之間可靠無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸，比如上傳文件、下載文件、瀏覽網(wǎng)頁(yè)等都得益于它，實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛。

與 TCP 協(xié)議一并稱霸天下的還有 UDP 協(xié)議，不過 UDP 協(xié)議雖然傳輸效率更高，但是并不保證數(shù)據(jù)傳輸正確性，相比 TCP 要稍遜一些。

事實(shí)上，TCP 協(xié)議經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議，所謂可靠，就是確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的、不重復(fù)、無(wú)延遲的到達(dá)目的地，那 TCP 協(xié)議是如何實(shí)現(xiàn)這些特點(diǎn)的呢？

其實(shí)要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸，并不簡(jiǎn)單，因?yàn)橐紤]異常的情況比較多，例如數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)順序混亂、網(wǎng)絡(luò)擁堵等，如果不能解決這些問題，也就無(wú)從談起可靠傳輸。

總的來(lái)說，TCP 協(xié)議是通過序列號(hào)、確認(rèn)應(yīng)答、重發(fā)控制、連接管理以及窗口控制等機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠性的傳輸。

以下是 TCP 協(xié)議的報(bào)文格式。

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TCP 報(bào)文段包括協(xié)議首部和數(shù)據(jù)兩部分，協(xié)議首部的固定部分是 20 個(gè)字節(jié)，頭部是固定部分，后面是選項(xiàng)部分。

下面是報(bào)文段首部各個(gè)字段的含義：

源端口號(hào)以及目的端口號(hào)：各占 2 個(gè)字節(jié)，端口是傳輸層和應(yīng)用層的服務(wù)接口，用于尋找發(fā)送端和接收端的進(jìn)程，一般來(lái)講，通過端口號(hào)和IP地址，可以唯一確定一個(gè) TCP 連接，在網(wǎng)絡(luò)編程中，通常被稱為一個(gè) socket 接口。
序號(hào)：Seq 序號(hào)，占 4 個(gè)字節(jié)。用來(lái)標(biāo)識(shí)從 TCP 發(fā)送端向 TCP 接收端發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)流序號(hào)，發(fā)起方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)此進(jìn)行標(biāo)記。
確認(rèn)序號(hào)：Ack 序號(hào)，占 4 個(gè)字節(jié)，包含接受端所期望收到的下一個(gè)序號(hào)。只有 ACK 標(biāo)記位為 1 時(shí)，確認(rèn)序號(hào)字段才有效，因此，確認(rèn)序號(hào)應(yīng)該是上次已經(jīng)成功收到數(shù)據(jù)字節(jié)序號(hào)加 1，即 Ack = Seq + 1。
數(shù)據(jù)偏移：占 4 個(gè)字節(jié)，用于指出 TCP 首部長(zhǎng)度。
保留字段：占 6 位，暫時(shí)可忽略，值全為 0。
六位標(biāo)志位：值內(nèi)容含義如下

URG(緊急)：為1時(shí)表明緊急指針字段有效

ACK(確認(rèn))：為1時(shí)表明確認(rèn)號(hào)字段有效

PSH(推送)：為1時(shí)接收方應(yīng)盡快將這個(gè)報(bào)文段交給應(yīng)用層

RST(復(fù)位)：為1時(shí)表明TCP連接出現(xiàn)故障必須重建連接

SYN(同步)：在連接建立時(shí)用來(lái)同步序號(hào)

FIN(終止)：為1時(shí)表明發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送完畢要求釋放連接

窗口：占 2 個(gè)字節(jié)，用于流量控制和擁塞控制，表示當(dāng)前接收緩沖區(qū)的大小。
校驗(yàn)和：占 2 個(gè)字節(jié)，范圍包括首部和數(shù)據(jù)兩部分
緊急指針：指出了緊急數(shù)據(jù)的末尾在報(bào)文段中的位置，和 URG 搭配使用
選項(xiàng)和填充：是可選的，默認(rèn)情況是不選。

2.1、創(chuàng)建連接

當(dāng)兩個(gè)設(shè)備之間準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)之前，TCP 會(huì)建立連接，創(chuàng)建連接的階段需要三次握手，過程如下：

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詳細(xì)過程如下：

第一次握手：客戶端向服務(wù)器端發(fā)出連接請(qǐng)求，等待服務(wù)器確認(rèn)
第二次握手：服務(wù)器端收到請(qǐng)求后，向客戶端回送一個(gè)確認(rèn)，通知客戶端收到了連接請(qǐng)求
第三次握手：客戶端再次向服務(wù)器端發(fā)送確認(rèn)信息，確認(rèn)連接

完成以上 3 次握手之后，可靠性連接建立完成，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。

2.2、釋放連接

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，TCP 會(huì)釋放連接，連接的釋放需要四次揮手，過程如下：

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第一次揮手：客戶端向服務(wù)器端發(fā)出請(qǐng)求切斷連接，等待服務(wù)器確認(rèn)
第二次揮手：服務(wù)器端收到請(qǐng)求后，向客戶端回送一個(gè)確認(rèn)信息，并同意關(guān)閉請(qǐng)求
第三次揮手：服務(wù)器端再次向客戶端發(fā)出請(qǐng)求切斷連接，等待客戶端確認(rèn)
第四次揮手：客戶端收到請(qǐng)求后，向服務(wù)器端回送一個(gè)確認(rèn)信息，并同意關(guān)閉請(qǐng)求

完成以上 4 次揮手之后，連接釋放完成。

2.3、數(shù)據(jù)傳輸過程

通過以上的介紹，我們可以描繪出一個(gè)簡(jiǎn)易版的 TCP 數(shù)據(jù)傳輸過程，如下圖所示。

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通過序列號(hào)與確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制，是 TCP 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)姆绞街唬彩亲顬橹匾幕?/p>

但是在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，并不一定能如上圖所描述的那樣順利的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，例如數(shù)據(jù)包丟失，針對(duì)這種問題，TCP 使用了重傳機(jī)制來(lái)解決。

三、重傳機(jī)制介紹

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的時(shí)候，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失，TCP 采用了哪些重傳手段來(lái)解決數(shù)據(jù)包丟失問題呢？

常見的重傳方式有以下幾種：

超時(shí)重傳
快速重傳
SACK
D-SACK

3.1、超時(shí)重傳

超時(shí)重傳，顧名思義，就是在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)定一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)超過指定的時(shí)間后，沒有收到對(duì)方的 ACK 確認(rèn)應(yīng)答報(bào)文，就會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)。

TCP 會(huì)在以下兩種情況發(fā)生超時(shí)重傳：

發(fā)送的數(shù)據(jù)包丟失
確認(rèn)應(yīng)答丟失

其中比較關(guān)鍵的就是超時(shí)重傳時(shí)間如何來(lái)設(shè)定的問題。

我們先來(lái)看看正常的數(shù)據(jù)傳輸過程。

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其中 RTT 指的是數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)一端傳送到另一端所需的時(shí)間，也就是數(shù)據(jù)包發(fā)送出去的往返時(shí)間。

超時(shí)重傳時(shí)間，我們以 RTO （Retransmission Timeout 超時(shí)重傳時(shí)間）來(lái)表示。

當(dāng)超時(shí)重傳時(shí)間設(shè)定過大，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？如下圖所示

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當(dāng)超時(shí)重傳時(shí)間設(shè)定過小，又會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？如下圖所示

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一路分析下來(lái)，可以得出如下結(jié)論：

當(dāng)超時(shí)重發(fā)時(shí)間 RTO 設(shè)置較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸效率差的現(xiàn)象，比如數(shù)據(jù)包丟失之后，需要等很長(zhǎng)時(shí)間才重發(fā)，性能差；
當(dāng)超時(shí)重發(fā)時(shí)間 RTO 設(shè)置較小時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)并沒有丟失包就重發(fā)，多次重發(fā)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，導(dǎo)致出現(xiàn)更多的超時(shí)，更多的超時(shí)意味著更多的重發(fā)；

因此可以得出一個(gè)結(jié)論，超時(shí)重發(fā)時(shí)間既不能設(shè)置過大，也不能設(shè)置過小，必須精準(zhǔn)的計(jì)算。

以 Linux 操作系統(tǒng)為例，RTO 的計(jì)算過程如下！

首先對(duì) TCP 數(shù)據(jù)傳輸所需的往返時(shí)間，也就是 RTT 值進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行加權(quán)平均，算出一個(gè)平滑 RTT 的值，同時(shí)這個(gè)值隨著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)會(huì)不斷的變化。
除了采樣 RTT 值，還要記錄 RTT 的波動(dòng)變化，避免 RTT 的變化較大，難以發(fā)現(xiàn)

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其中SRTT是計(jì)算平滑的RTT ，DevRTR是計(jì)算平滑的RTT與最新RTT的差距，在 Linux 下，通常α = 0.125，β = 0.25，μ = 1，? = 4。

實(shí)際算出來(lái)的超時(shí)重傳時(shí)間RTO的值應(yīng)該略大于報(bào)文往返RTT的值。

如果超時(shí)重發(fā)的數(shù)據(jù)，再次超時(shí)的時(shí)候，又需要重傳的時(shí)候，TCP 的策略是超時(shí)間隔加倍。

也就是說，每當(dāng)遇到一次超時(shí)重傳的時(shí)候，會(huì)將下一次超時(shí)時(shí)間間隔設(shè)為先前值的兩倍，多次超時(shí)說明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境差，不宜頻繁反復(fù)重發(fā)。

3.2、快速重傳

超時(shí)重傳雖然能解決數(shù)據(jù)丟包的問題，但是超時(shí)重發(fā)時(shí)間有時(shí)候可能會(huì)較長(zhǎng)，有沒有一種更快的重傳方式呢？

快速重傳就是來(lái)補(bǔ)充超時(shí)重傳機(jī)制中時(shí)間過長(zhǎng)的問題。

簡(jiǎn)單的說，快速重傳不像超時(shí)重傳那樣通過時(shí)間來(lái)驅(qū)動(dòng)重發(fā)，而是通過次數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)重發(fā)。

當(dāng)收到報(bào)文重復(fù)的 ACK 數(shù)量，到達(dá)一定的閥值（一般為3），TCP 會(huì)在定時(shí)器過期之前，檢查丟失的報(bào)文段并重傳丟失的報(bào)文段。

大致的工作方式，可以用如下圖來(lái)描述！

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在上圖，發(fā)送方向接受方發(fā)出了 1、2、3、4、5 份數(shù)據(jù)，大致執(zhí)行的過程如下：

第一份 Seq1 先送到了，接受方就 Ack 回 2，表示 seq 1 已經(jīng)收到，準(zhǔn)備接受下一個(gè)序列號(hào)為 2 的包
Seq2 因?yàn)槟承┰驔]收到，Seq3 到達(dá)了，因?yàn)?Seq2 缺失，還是 Ack 回 2
后面的 Seq4 和 Seq5 都到了，因?yàn)?Seq2 沒有收到，還是 Ack 回 2
發(fā)送端收到了三個(gè) Ack = 2 的確認(rèn)，知道了 Seq2 還沒有收到，就會(huì)在定時(shí)器過期之前，重傳丟失的 Seq2
最后接收方收到了 Seq2，此時(shí)因?yàn)?Seq3，Seq4，Seq5 都收到了，于是 Ack 回 6 。

因此，快速重傳的工作方式是當(dāng)收到相同的 ACK 報(bào)文數(shù)量到達(dá)一個(gè)閥值，默認(rèn)是 3，會(huì)在定時(shí)器過期之前，重傳丟失的報(bào)文段。

快速重傳機(jī)制彌補(bǔ)了超時(shí)重傳機(jī)制中時(shí)間過長(zhǎng)的問題，但是它依然面臨著另外一個(gè)問題，那就是重傳的時(shí)候，是重傳之前的一個(gè)還是重傳所有的包？

例如上面的例子，是重傳 Seq2 呢？還是重傳 Seq2、Seq3、Seq4、Seq5 呢？

根據(jù) TCP 不同的實(shí)現(xiàn)，以上兩種情況都有可能。

3.3、SACK 方法

為了解決不知道該重傳哪些 TCP 報(bào)文，天才師們想出來(lái)了SACK方法，英文全稱：Selective Acknowledgment，也被稱為選擇性確認(rèn)。

具體實(shí)現(xiàn)就是需要在 TCP 頭部選項(xiàng)字段里加一個(gè) SACK 的東西，接受方可以將緩存的數(shù)據(jù)地圖發(fā)送給發(fā)送方，這樣發(fā)送方就可以知道哪些數(shù)據(jù)收到了，哪些數(shù)據(jù)沒收到，知道了這些信息，就可以只重傳丟失的數(shù)據(jù)。

如下圖，當(dāng)發(fā)送方收到了三次同樣的 ACK 確認(rèn)報(bào)文，于是就會(huì)觸發(fā)快速重發(fā)機(jī)制，通過 SACK 信息發(fā)現(xiàn)只有200~299這段數(shù)據(jù)丟失，會(huì)將丟失的片段進(jìn)行重發(fā)，以便提升數(shù)據(jù)傳輸可靠性效率。

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需要主要的是，如果要支持 SACK 機(jī)制，必須發(fā)送方和接受方都要支持。在 Linux 操作系統(tǒng)中，開發(fā)者可以通過net.ipv4.tcp_sack參數(shù)打開這個(gè)功能（Linux 2.4 后默認(rèn)打開）。

3.4、Duplicate SACK 方法

最后再來(lái)講講 Duplicate SACK 方法，又稱D-SACK，這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)主要是使用 SACK和ACK來(lái)告訴發(fā)送方有哪些數(shù)據(jù)被重復(fù)接收了，以防止 TCP 反復(fù)的重發(fā)。

我們用個(gè)案例來(lái)介紹D-SACK的作用，例如 ACK 丟包的場(chǎng)景，如下圖！

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過程分析：

發(fā)送方向成功向接受方發(fā)送了兩個(gè)數(shù)據(jù)包，但是接受方發(fā)給發(fā)送方兩個(gè) ACK 確認(rèn)應(yīng)答都丟失了，發(fā)送方檢查超時(shí)后，重傳第一個(gè)數(shù)據(jù)包（100 ~ 199）
接收方發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)是重復(fù)收到的，于是回了一個(gè)ACK 300和 SACK 100~199，告訴發(fā)送方100~299的數(shù)據(jù)早已被接收了，因?yàn)?ACK 都到300了，因此這個(gè) SACK 可以稱為D-SACK。
當(dāng)發(fā)送方知道數(shù)據(jù)沒有丟，是接收方的 ACK 確認(rèn)報(bào)文丟了，就不會(huì)繼續(xù)重發(fā)數(shù)據(jù)包了

使用D-SACK方法的好處，可以讓發(fā)送方知道，是發(fā)出去的包丟了還是接收方回應(yīng)的 ACK 包丟了，然后來(lái)決定是否需要繼續(xù)重發(fā)包。

在 Linux 操作系統(tǒng)下，可以通過net.ipv4.tcp_dsack參數(shù)來(lái)開啟/關(guān)閉這個(gè)功能（Linux 2.4 后默認(rèn)打開）。

四、滑動(dòng)窗口介紹

在上文中，我們有介紹到 TCP 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間建立連接之后，就可以進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)了，TCP 每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，都要進(jìn)行一次確認(rèn)應(yīng)答，當(dāng)上一個(gè)數(shù)據(jù)包收到了應(yīng)答了，再發(fā)送下一個(gè)，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

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這種傳輸方式，雖然可靠但是缺點(diǎn)也比較明顯，傳輸數(shù)據(jù)的效率非常的低下，好比你現(xiàn)在跟某個(gè)人打電話，你說了一句話，只有等到對(duì)方回復(fù)了你，你才能說下一句，這顯然不現(xiàn)實(shí)。

為解決這個(gè)問題，TCP 引入了滑動(dòng)窗口，可以一次性向窗口中發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包并不需要依次等待接受方的確認(rèn)應(yīng)答，即使在往返時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，它也不會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸效率。

那什么是滑動(dòng)窗口呢？我們以高速路的收費(fèi)站為例，做一個(gè)類比介紹。

上過高速的同學(xué)應(yīng)該都知道，在高速路上有一個(gè)入口收費(fèi)站和一個(gè)出口收費(fèi)站。TCP 也是一樣的，除了入口有發(fā)送方滑動(dòng)窗口，出口處也設(shè)立有接收方滑動(dòng)窗口。

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對(duì)于發(fā)送方滑動(dòng)窗口，我們可以把數(shù)據(jù)包看成車輛，分類它們的狀態(tài)：

還未進(jìn)入入口收費(fèi)站的車輛：對(duì)應(yīng)的是上圖Not Sent，Recipient Not Ready to Receive部分，這些屬于發(fā)送端未發(fā)送，同時(shí)接收端也未準(zhǔn)備接收的數(shù)據(jù)
已進(jìn)入收費(fèi)站但未進(jìn)入高速路的車輛：對(duì)應(yīng)的是上圖Not Sent，Recipient Ready to Receive部分，這些屬于發(fā)送端未發(fā)送，但已經(jīng)告知接收方的數(shù)據(jù)，其實(shí)已經(jīng)在窗口中（發(fā)送端緩存）了，等待發(fā)送。
在高速公路上行駛的車輛：對(duì)應(yīng)的是上圖Send But Not Yet Acknowledged部分，這些屬于發(fā)送端已發(fā)送出去，等到接收方接受的數(shù)據(jù)，屬于窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)。
到達(dá)出口收費(fèi)站的車輛：對(duì)應(yīng)的是上圖Sent and Acknowledged部分，這些屬于已經(jīng)發(fā)送成功并已經(jīng)被接受的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)離開窗口了。

同樣，對(duì)于接受方滑動(dòng)窗口，我們也可以把數(shù)據(jù)包看成車輛，分類它們的狀態(tài)：

還未到達(dá)出口收費(fèi)站的車輛：狀態(tài)為Not Received，表示還沒有被接收的數(shù)據(jù)。
到達(dá)出口收費(fèi)站但未完成繳費(fèi)的車輛：狀態(tài)為Received Not ACK，表示已經(jīng)被接受但是還沒有回復(fù) ACK
繳完費(fèi)并離開出口收費(fèi)站的車輛：狀態(tài)為Received and ACK，表示已經(jīng)被接受并回復(fù)了 ACK

通過以上的描述，相信大家對(duì)滑動(dòng)窗口已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)，在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，光線傳輸類似于高速公路，滑動(dòng)窗口類似于收費(fèi)站，通過收費(fèi)站可以做到對(duì)車輛進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧髁靠刂疲苑乐垢咚俟烦霈F(xiàn)擁堵，滑動(dòng)窗口也有同樣的作用。

4.1、發(fā)送方的滑動(dòng)窗口

下圖就是發(fā)送方的滑動(dòng)窗口樣例圖，根據(jù)處理的情況分成四個(gè)部分，其中深藍(lán)色方框是發(fā)送窗口，紫色方框是可用窗口。

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含義解釋：

#1表示已發(fā)送并收到 ACK 確認(rèn)的數(shù)據(jù)：1~31 字節(jié)
#2表示已發(fā)送但未收到 ACK 確認(rèn)的數(shù)據(jù)：32~45 字節(jié)
#3表示未發(fā)送但總大小在接收方處理范圍內(nèi)：46~51字節(jié)
#4表示未發(fā)送但總大小超過接收方處理范圍：52 字節(jié)以后

當(dāng)發(fā)送方把數(shù)據(jù)全部都一下發(fā)送出去后，可用窗口的大小就為 0 了，表明可用窗口耗盡，在沒收到接受方 ACK 確認(rèn)之前是無(wú)法繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的。

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當(dāng)收到之前發(fā)送的數(shù)據(jù)32~36字節(jié)的 ACK 確認(rèn)應(yīng)答后，如果發(fā)送窗口的大小沒有變化，則滑動(dòng)窗口往右邊移動(dòng) 5 個(gè)字節(jié)，因?yàn)橛?5 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)被應(yīng)答確認(rèn)，接下來(lái)52~56字節(jié)又變成了可用窗口，那么后續(xù)也就可以發(fā)送52~56這 5 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)了。

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程序是如何精準(zhǔn)的控制發(fā)送方的窗口數(shù)據(jù)呢？

TCP 滑動(dòng)窗口方案使用三個(gè)指針來(lái)跟蹤在四個(gè)傳輸類別中的每一個(gè)類別中的字節(jié)。其中兩個(gè)指針是絕對(duì)指針（指特定的序列號(hào)），一個(gè)是相對(duì)指針（需要做偏移）。

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含義解釋：

SND.WND：表示發(fā)送窗口的大小（大小是由接收方指定的）
SND.UNA：是一個(gè)絕對(duì)指針，它指向的是已發(fā)送但未收到確認(rèn)的第一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)，也就是#2的第一個(gè)字節(jié)
SND.NXT：也是一個(gè)絕對(duì)指針，它指向未發(fā)送但可發(fā)送范圍的第一個(gè)字節(jié)的序列號(hào)，也就是#3的第一個(gè)字節(jié)
可用窗口大小：是一個(gè)相對(duì)指針，通過SND.WND - (SND.NXT - SND.UNA)公式計(jì)算得來(lái)

4.2、接受方的滑動(dòng)窗口

接下來(lái)我們看看接收方的滑動(dòng)窗口，接收窗口相對(duì)簡(jiǎn)單一些，根據(jù)處理的情況劃分成三個(gè)部分。

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含義解釋：

#1和#2表示已成功接收并確認(rèn)的數(shù)據(jù)，等待應(yīng)用進(jìn)程讀取
#3表示未收到數(shù)據(jù)但可以接收的數(shù)據(jù)
#4表示未收到數(shù)據(jù)并不可以接收的數(shù)據(jù)

其中三個(gè)接收部分，使用兩個(gè)指針進(jìn)行劃分:

RCV.WND：表示接收窗口的大小，它會(huì)通告給發(fā)送方
RCV.NXT：是一個(gè)絕對(duì)指針，它指向期望從發(fā)送方發(fā)送來(lái)的下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的序列號(hào)，也就是#3的第一個(gè)字節(jié)
可接受數(shù)據(jù)的最大值位置：它可以通過RCV.NXT + RCV.WND計(jì)算得出，也就是#4的第一個(gè)字節(jié)

五、小結(jié)

相比傳統(tǒng)的發(fā)送一個(gè)包，然后等待確認(rèn)應(yīng)答再發(fā)送包的數(shù)據(jù)傳輸模型，滑動(dòng)窗口這種一次性批量發(fā)包然后等待確認(rèn)應(yīng)答的傳輸方式，可以顯著的提升數(shù)據(jù)傳輸效率，整個(gè)傳輸過程可以用如下圖來(lái)描述。

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上圖中的 ACK 600 確認(rèn)應(yīng)答報(bào)文丟失，也不會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)榭梢酝ㄟ^下一個(gè)確認(rèn)應(yīng)答進(jìn)行確認(rèn)，只要發(fā)送方收到了 ACK 700 確認(rèn)應(yīng)答，就表示 700 之前的所有數(shù)據(jù)接收方都收到了，這種確認(rèn)應(yīng)答模式叫累計(jì)確認(rèn)或者累計(jì)應(yīng)答。

在上文中，我們提到滑動(dòng)窗口有一個(gè)很關(guān)鍵字的參數(shù)，就是窗口大小。

通常，窗口的大小是由接收方來(lái)決定的，接收端告訴發(fā)送端自己還有多少緩沖區(qū)可以接收數(shù)據(jù)，防止發(fā)送的數(shù)據(jù)量過大接受方處理不過來(lái)，會(huì)觸發(fā)發(fā)送方重發(fā)機(jī)制，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量的無(wú)端的浪費(fèi)。

通過控制窗口大小，可以避免發(fā)送方的數(shù)據(jù)超過接收方的可用窗口，也就是大家常說的流量控制。

除此之外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都處在一個(gè)共享的環(huán)境，難免會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵的現(xiàn)象。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵時(shí)，流量控制的手段非常有限。

如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁堵時(shí)，發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送大量數(shù)據(jù)包，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包時(shí)延、丟失等，這時(shí) TCP 就會(huì)重傳數(shù)據(jù)，重傳就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)更重，于是會(huì)導(dǎo)致更大的延遲以及更多的丟包，此時(shí)可能會(huì)進(jìn)入惡性循環(huán)….

因此，TCP 不能忽略網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生的事，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，TCP 需要降低發(fā)送的數(shù)據(jù)量，避免發(fā)送方的數(shù)據(jù)填滿整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，我們把這一行為稱為擁塞控制。

關(guān)于流量控制和擁塞控制的實(shí)現(xiàn)，鑒于文章篇幅過長(zhǎng)，我們會(huì)在下篇文章中進(jìn)行詳解。

本文整理了一些優(yōu)秀網(wǎng)友分享的知識(shí)，在此特別感謝作者小林coding的圖解 tcp 滑動(dòng)窗口文章分享，給予了很大的知識(shí)幫助，同時(shí)結(jié)合自己的理解比較全面的探討了 TCP 滑動(dòng)窗口的原理，希望對(duì)大家有所幫助。

責(zé)任編輯：武曉燕來(lái)源： Java極客技術(shù)