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TCP滑动窗口控制流量的原理

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参考博客:http://www.cnblogs.com/luoquan/p/4886345.html ?TCP滑动窗口控制流量的原理


参考博客:点击打开链接? ? ? TCP的流量控制



TCP的滑动窗口机制?
? ? ? TCP这个协议是网络中使用的比较广泛,他是一个面向连接的可靠的传输协议。既然是一个可靠的传输协议就需要对数据进行确认。TCP协议里窗口机制有2种:一种是固定的窗口大小;一种是滑动的窗口。这个窗口大小就是我们一次传输几个数据。对所有数据帧按顺序赋予编号,发送方在发送过程中始终保持着一个发送窗口,只有落在发送窗口内的帧才允许被发送;同时接收方也维持着一个接收窗口,只有落在接收窗口内的帧才允许接收。这样通过调整发送方窗口和接收方窗口的大小可以实现流量控制。


?? ? ?TCP滑动窗口技术通过动态改变窗口大小来调节两台主机间数据传输。每个TCP/IP主机支持全双工数据传输,因此TCP有两个滑动窗口:一个用于接收数据,另一个用于发送数据。TCP使用肯定确认技术,其确认号指的是下一个所期待的字节。?假定发送方设备以每一次三个数据包的方式发送数据,也就是说,窗口大小为3。发送方发送序列号为1、2、3的三个数据包,接收方设备成功接收数据包,用序列号4确认。发送方设备收到确认,继续以窗口大小3发送数据。当接收方设备要求降低或者增大网络流量时,可以对窗口大小进行减小或者增加,本例降低窗口大小为2,每一次发送两个数据包。当接收方设备要求窗口大小为0,表明接收方已经接收了全部数据,或者接收方应用程序没有时间读取数据,要求暂停发送。发送方接收到携带窗口号为0的确认,停止这一方向的数据传输。


这样我们考虑一下如果说窗口过小,那么当传输比较大的数据的时候需要不停的对数据进行确认,这个时候就会造成很大的延迟。如果说窗口的大小定义的过大。我们假设发送方一次发送100个数据。但是接收方只能处理50个数据。这样每次都会只对这50个数据进行确认。发送方下一次还是发送100个数据,但是接受方还是只能处理50个数据。这样就避免了不必要的数据来拥塞我们的链路。所以我们就引入了滑动窗口机制,窗口的大小并不是固定的而是根据我们之间的链路的带宽的大小,这个时候链路是否拥塞。接受方是否能处理这么多数据了。 ?



TCP的流量控制




1.TCP的滑动窗口

??????为了提高信道的利用率TCP协议不使用停止等待协议,而是使用连续ARQ协议,意思就是可以连续发出若干个分组然后等待确认,而不是发送一个分组就停止并等待该分组的确认。


??????TCP的两端都有发送/接收缓存和发送/接收窗口。TCP的缓存是一个循环队列,其中发送窗口可以用3个指针表示。而发送窗口的大小受TCP数据报中窗口大小的影响,TCP数据报中的窗口大小是接收端通知发送端其还可以接收多少数据,所以发送窗口根据接收的的窗口大小的值动态变化。


??????以下的几张图片就帮助理解一下滑动窗口的机制:






??????注意上图中的3个指针P1、P2、P3!此时接收窗口中接收的数据可能是失序的,但是也先存储在接收缓存之中。发送确认号的时候依然发送31,表示B期望接收的下一个数据报的标示符是31。




??????当B收到31后连同之前接收到的数据报,发送确认号34,此时A的滑动窗口可以向前移动了。




??????如果发送窗口中的数据报都属于已发送但未被确认的话,那么A就不能再继续发送数据,而需要进行等待。




2.TCP流量控制

??????所谓流量控制就是让发送发送速率不要过快,让接收方来得及接收。利用滑动窗口机制就可以实施流量控制。


??????原理这就是运用TCP报文段中的窗口大小字段来控制,发送方的发送窗口不可以大于接收方发回的窗口大小。


??????考虑一种特殊的情况,就是接收方若没有缓存足够使用,就会发送零窗口大小的报文,此时发送放将发送窗口设置为0,停止发送数据。之后接收方有足够的缓存,发送了非零窗口大小的报文,但是这个报文在中途丢失的,那么发送方的发送窗口就一直为零导致死锁。


??????解决这个问题,TCP为每一个连接设置一个持续计时器(persistence timer)。只要TCP的一方收到对方的零窗口通知,就启动该计时器,周期性的发送一个零窗口探测报文段。对方就在确认这个报文的时候给出现在的窗口大小(注意:TCP规定,即使设置为零窗口,也必须接收以下几种报文段:零窗口探测报文段、确认报文段和携带紧急数据的报文段)。


3.传输效率及Nagle算法

??????TCP的数据传输分为交互数据流和成块数据流,交互数据流一般是一些交互式应用程序的命令,所以这些数据很小,而考虑到TCP报头和IP报头的总和就有40字节,如果数据量很小的话,那么网络的利用效率就较低。


??????数据传输使用Nagle算法,Nagle算法很简单,就是规定一个TCP连接最多只能有一个未被确认的未完成的小分组。在该分组的确认到达之前不能发送其他的小分组。


??????但是也要考虑另一个问题,叫做糊涂窗口综合症。当接收方的缓存已满的时候,交互应用程序一次只从缓存中读取一个字节(这时候缓存中腾出一个字节),然后向发送方发送确认信息,此时发送方再发送一个字节(收到的窗口大小为1),这样网络的效率很低。


??????素以要解决这个问题,可以让接收方等待一段时间,使得接收缓存已有最够的空间容纳一个最长报文段,或者等到接收缓存已有一半的空间。只要这两种情况出现一种,就发送确认报文,同时发送方可以把数据积累成大的报文段发送。








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