TCP滑动窗口（发送窗口和接受窗口）

TCP窗口机制

TCP header中有一个Window Size字段，它其实是指接收端的窗口，即接收窗口。用来告知发送端自己所能接收的数据量，从而达到一部分流控的目的。

其实TCP在整个发送过程中，也在度量当前的网络状态，目的是为了维持一个健康稳定的发送过程，比如拥塞控制。因此，数据是在某些机制的控制下进行传输的，就是窗口机制。

窗口缩放因子(Window Scaling)

以前，window size最大为2的16次方，为65535，随着宽带不断提高，65535字节已经小了，为了突破限制，便有了Window Size Scaling选项，假设window scale为7，也就是要将Window Size的值左移七位，即乘以128。window scale最大为14.

在整个双方的交互过程中，发送方和接收方Window size scaling factor乘积因子必须保持不变，但是发送方的乘积因子和接收方的乘积因子可以不同，由各自决定。

在标志位中有SYN的消息，会在选项中通知接收方，本端具体的放大因子，该消息本身不放大

上图中的放大因子扩大了256倍，8212*256=2102272

发送窗口

（1）已经发送并且对端确认（Sent/ACKed）---------------发送窗外缓冲区外

（2）已经发送但未收到确认数据（Sent/UnACKed）----- --发送窗内缓冲区内

（3）允许发送但尚未防的数据（Unsent/Inside）-----------发送窗内缓冲区内

（4）未发送暂不允许（Unsent/Outside）-------------------发送窗外缓冲区内

2，3两部分为发送窗口

接受窗口

对于TCP的接收方，在某一时刻在它的接收缓存内存在3种。“已接收”，“未接收准备接收”，“未接收并未准备接收”（由于ACK直接由TCP协议栈回复，默认无应用延迟，不存在“已接收未回复ACK”）。其中“未接收准备接收”称之为接收窗口。

发送窗口与接收窗口关系

TCP是双工的协议，会话的双方都可以同时接收、发送数据。TCP会话的双方都各自维护一个“发送窗口”和一个“接收窗口”。其中各自的“接收窗口”大小取决于应用、系统、硬件的限制（TCP传输速率不能大于应用的数据处理速率）。各自的“发送窗口”则要求取决于对端通告的“接收窗口”，要求相同。

滑动窗口

TCP并不是每一个报文段都会回复ACK的，可能会对两个报文段发送一个ACK，也可能会对多个报文段发送1个ACK【累计ACK】，比如说发送方有1/2/3 3个报文段，先发送了2,3 两个报文段，但是接收方期望收到1报文段，这个时候2,3报文段就只能放在缓存中等待报文1的空洞被填上，如果报文1，一直不来，报文2/3也将被丢弃，如果报文1来了，那么会发送一个ACK对这3个报文进行一次确认。

滑动窗口实现面向流的可靠性

最基本的传输可靠性来源于“确认重传”机制。

TCP的滑动窗口的可靠性也是建立在“确认重传”基础上的。

发送窗口只有收到对端对于本段发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的左边界。

接收窗口只有在前面所有的段都确认的情况下才会移动左边界。当在前面还有字节未接收但收到后面字节的情况下，窗口不会移动，并不对后续字节确认。以此确保对端会对这些数据重传。

滑动窗口的流控特性

TCP的滑动窗口是动态的，我们可以想象成小学常见的一个数学题，一个水池，体积V，每小时进水量V1，出水量V2。当水池满了就不允许再注入了，如果有个液压系统控制水池大小，那么就可以控制水的注入速率和量。这样的水池就类似TCP的窗口。应用根据自身的处理能力变化，通过本端TCP接收窗口大小控制来对对对端的发送窗口流量限制。

应用程序在需要（如内存不足）时，通过API通知TCP协议栈缩小TCP的接收窗口。然后TCP协议栈在下个段发送时包含新的窗口大小通知给对端，对端按通知的窗口来改变发送窗口，以此达到减缓发送速率的目的。

滑动窗口动态调整

主要是根据接收端的接收情况，动态去调整Window Size，然后来控制发送端的数据流量

客户端不断快速发送数据，服务器接收相对较慢，看下实验的结果

a. 包175，发送ACK携带WIN = 384，告知客户端，现在只能接收384个字节

b. 包176，客户端果真只发送了384个字节，Wireshark也比较智能，也宣告TCP Window Full

c. 包177，服务器回复一个ACK，并通告窗口为0，说明接收方已经收到所有数据，并保存到缓冲区，但是这个时候应用程序并没有接收这些数据，导致缓冲区没有更多的空间，故通告窗口为0, 这也就是所谓的零窗口，零窗口期间，发送方停止发送数据

d. 客户端察觉到窗口为0，则不再发送数据给接收方

e. 包178，接收方发送一个窗口通告，告知发送方已经有接收数据的能力了，可以发送数据包了

f. 包179，收到窗口通告之后，就发送缓冲区内的数据了.

总结一点，就是接收端可以根据自己的状况通告窗口大小，从而控制发送端的接收，进行流量控制

参考：

TCP 滑动窗口（发送窗口和接收窗口）

解析TCP之滑动窗口(动画演示)

TCP-IP详解：滑动窗口（Sliding Window）