【转】20-TCP 协议(滑动窗口——基础)
相信大家都遇到过这样的场景:
同学 Luffy 给你打电话,让你记下一串手机号码,可是你记忆力不太好,你跟 Luffy 约定,一次只最多只能报 4 个数字,Luffy 念一遍,如果你听到了就把他说的话重复一遍。接下来:
- 你:你一次最多报 4 个数字,多了我记不住啊!
- Luffy:139
- 你:139 (Luffy 知道你听到了)
- Luffy:7548
- 你:7538 (很明显你听错了)
- Luffy:不对,是7548
- 你:7548
- Luffy : 2669
- 你:2669
最后,你接收到的完整的号码就是 139-7548-2669.
1. 滑动窗口
上面的场景,你一次最多只能接受 4 个数字,表示你的滑动窗口大小就是 4. 在 TCP 协议中,也有这样的滑动窗口,它的大小表示目前还能接收多少字节的数据。
TCP 每次收到对方发来的报文,都会检查窗口大小字段,见图 1.
图1 TCP 首部中有一个字段——16 位窗口大小
知道了对方的窗口大小后,就知道对方目前还能接收多少数据,接收的数据字节序号是 TCP 段中的 ACK 的值到 ACK + 窗口大小,即 [ACK,ACK+窗口大小)[ACK,ACK+窗口大小).
比如,你给对方发送了一个段携带字节序号为 [400, 500) 的数据。对方回送了一个 TCP 段,ack = 500, win = 100,就表示,我已经收到 [400, 500) 的数据我还能接收字节序号为 [500, 600) 之间的数据,见图 2。
图2 滑动窗口
如果对方回送了一个 TCP 段,ack = 500, win = 0,就表示,我已经收到了 [400, 500) 的数据,但是我现在不能再接收数据了,你待会再发。
图3 对方回送 0 大小的窗口,接收端的反应
2. 滑动窗口的目的
回顾本文开头给出的打电话的例子,为什么你要告诉对方一次最多只能报 4 个数字?原因在于你的接受能力有限,不是说你无法记忆很多数字,只是在短期内,你记不住,你需要一段一段的记忆(一段一段的将数据放入缓冲区)。
所以,在 TCP 中,滑动窗口是为了实现流量控制。如果对方发送数据过快,接收方就来不及接收(你来不急记住),接收方就需要通告对方,减慢数据的发送(图 3)。
需要特别注意的是,在学习滑动窗口的时候,我们假设网络无限好,不拥塞。只要你发送了数据,对方一定可以收到。
再解释一下网络拥塞的含义,它是指你发送的数据滞留在网络中,迟迟未到达接收方。
3. 滑动窗口模拟
图4 滑动窗口模拟
修正:图4 中最后一个小图修正一下文字,应该为『发送方收到 ack=41, win=10, 知道对方希望接收序号为 [41, 51) 的数据』
- 发送方接收到了对方发来的报文 ack = 33, win = 10,知道对方收到了 33 号前的数据,现在期望接收 [33, 43) 号数据。发送方连续发送了 4 个报文段假设为 A, B, C, D, 分别携带 [33, 35), [35, 36), [36, 38), [38, 41) 号数据。
- 接收方接收到了报文段 A, C,但是没收到 B 和 D,也就是只收到了 [33, 35) 和 [36, 38) 号数据。接收方发送回对报文段 A 的确认:ack = 35, win = 10。
- 发送方收到了 ack = 35, win = 10,对方期望接收 [35, 45) 号数据。接着发送了一个报文段 E,它携带了 [41, 44) 号数据。
- 接收方接收到了报文段 B: [35, 36), D:[38, 41),接收方发送对 D 的确认:ack = 41, win = 10. (这是一个累积确认)
- 发送方收到了 ack = 41, win = 10,对方期望接收 [41, 51) 号数据。
- ……
需要注意的是,接收方接收 tcp 报文的顺序是不确定的,并非是一定先收到 35 再收到 36,也可能是先收到 36,37,再收到 35.
4. 总结
- 理解滑动窗口的工作过程
- 滑动窗口的目的是什么?
下一篇文章,我们得抓个包来分析一下。
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