滑动窗口
引入窗口概念的原因
我们都知道 TCP 是每发送一个数据,都要进行一次确认应答。当上一个数据包收到了应答了, 再发送下一个。
这个模式就有点像我和你面对面聊天,你一句我一句。但这种方式的缺点是效率比较低的。
如果你说完一句话,我在处理其他事情,没有及时回复你,那你不是要干等着我做完其他事情后,我回复你,你才能说下一句话,很显然这不现实。
所以,这样的传输方式有一个缺点:数据包的往返时间越长,通信的效率就越低。
为解决这个问题,TCP 引入了窗口这个概念。即使在往返时间较长的情况下,它也不会降低网络通信的效率。
那么有了窗口,就可以指定窗口大小,窗口大小就是指无需等待确认应答,而可以继续发送数据的最大值。
窗口的实现实际上是操作系统开辟的一个缓存空间,发送方主机在等到确认应答返回之前,必须在缓冲区中保留已发送的数据。如果按期收到确认应答,此时数据就可以从缓存区清除。
窗口大小由哪一方决定
TCP 头里有一个字段叫 Window,也就是窗口大小。
这个字段是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据,而不会导致接收端处理不过来。
所以,通常窗口的大小是由接收方的窗口大小来决定的。
发送方发送的数据大小不能超过接收方的窗口大小,否则接收方就无法正常接收到数据。
发送方的滑动窗口
我们先来看看发送方的窗口,下图就是发送方缓存的数据,根据处理的情况分成四个部分,其中深蓝色方框是发送窗口,紫色方框是可用窗口:
1是已发送并收到 ACK确认的数据:1~31 字节
2是已发送但未收到 ACK确认的数据:32~45 字节
3是未发送但总大小在接收方处理范围内(接收方还有空间):46~51字节
4是未发送但总大小超过接收方处理范围(接收方没有空间):52字节以后
在下图,当发送方把数据「全部」都一下发送出去后,可用窗口的大小就为 0 了,表明可用窗口耗尽,在没收到 ACK 确认之前是无法继续发送数据了。
在下图,当收到之前发送的数据 32~36 字节的 ACK 确认应答后,如果发送窗口的大小没有变化,则滑动窗口往右边移动 5 个字节,因为有 5 个字节的数据被应答确认,接下来 52~56 字节又变成了可用窗口,那么后续也就可以发送 52~56 这 5 个字节的数据了。
接收方的滑动窗口
接下来我们看看接收方的窗口,接收窗口相对简单一些,根据处理的情况划分成三个部分:
1 + 2 是已成功接收并确认的数据(等待应用进程读取);
3 是未收到数据但可以接收的数据;
4 未收到数据并不可以接收的数据;
接收窗口和发送窗口的大小是相等的吗?
并不是完全相等,接收窗口的大小是约等于发送窗口的大小的。
因为滑动窗口并不是一成不变的。比如,当接收方的应用进程读取数据的速度非常快的话,这样的话接收窗口可以很快的就空缺出来。那么新的接收窗口大小,是通过 TCP 报文中的 Windows 字段来告诉发送方。那么这个传输过程是存在时延的,所以接收窗口和发送窗口是约等于的关系
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