TCP滑动窗口机制

TCP通过滑动窗口机制检测丢包，并在丢包发生时调整数据传输速率。滑动窗口机制利用数据接收端的接收窗口来控制数据流。

接收窗口值由数据接收端指定，以字节数形式存储于TCP报文头，并告知传输设备有多少数据将会存储在TCP缓冲区。缓冲区就是数据暂时放置的地方，直至传递至应用层协议等待处理。因此，发送端每次只能发送Window Size字段指定的数据量。为了使发送端继续传送数据，接收端必须发送确认信息：之前的数据接收到了。同时必须对占用缓冲区的数据进行处理以释放缓存空间。下图显示了接收窗口是如何工作的：



上图中，客户端向服务器发送数据，服务器接收窗口是5000字节。客户端发送了2500字节，服务器缓冲区还剩2500字节，之后又发送了2000字节，从而缓冲区只剩500字节。服务器发送确认信息。对缓存中数据进行处理并清空缓存。此过程重复进行，客户端又发送3000字节和1000字节，服务器缓存减少至1000字节，客户端再次确认数据并处理缓存中内容。

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调整窗口大小：

当TCP堆 栈接收到数据的时候，生成一个确认信息并以回复的方式发送，但是放置在接收端缓存中的数据并不总是立即被处理。当服务器忙于处理从多个客户端接收的报文， 服务器很有可能因为清理缓存而变得缓慢，无法腾出空间接收新的数据，如果没有流控，则可能会造成丢包和数据损坏。好在，接收窗口所设定的速率无法使服务器 正常处理数据时，能够调整接收窗口大小。通过减小返回给发送端的ACK报文的TCP头窗口大小值来实现。如下图所示：



上图中，服务器初始窗口大小为5000字节。客户端发送2000字节，之后又发送了2000字节，缓冲区中只有1000字节可用。服务器意识到缓冲区正在快速填满，它知道如果数据继续以此速率传输，很快会有报文丢失。为了防止报文丢失，服务器发送确认信息给客户端，更新窗口大小为1000字节。结果，客户端减少数据发送，服务器以可以接受的速率处理缓存内容，即保持数据流以稳定的速率传输。

调整窗口大小在两个方向都是可行的。当服务器能够更加快速的处理报文时，它会发送一个较大窗口的ACK报文。

零窗口暂停数据流：

某些情况下，服务器无法再处理从客户端发送的数据。可能是由于内存不足，处理能力不够，或其他原因。这可能会造成数据被丢弃以及传输暂停，但接收窗口能够帮助减小负面影响。

当上述情况发生时，服务器会发送窗口为0的报文。当客户端接收到此报文时，它会暂停所有数据传输，但会保持与服务器的连接以传输探测（keep-alive）报文。探测报文在客户端以稳定间隙发送，以查看服务器接收窗口状态。一旦服务器能够再次处理数据，将会返回非零值窗口大小，传输会恢复。下图示例了零窗口通知过程。



服务器初始接收数据窗口为5000字节大小。从客户端接收4000字节数据之后，服务器负载变得非常繁重，无法继续处理客户端任何数据。服务器于是发送窗口大小值为0的报文。客户端暂停数据传输并发送一个探测报文。探测报文之后，服务器回复以告知客户端现在可以接收数据的报文，以及窗口大小为1000字节。客户端恢复传送数据。









我们可以大概看一下上图的模型：

首先是AB之间三次握手建立TCP连接。在报文的交互过程中，A将自己的缓冲区大小（窗口大小）3发送给B，B同理，这样双方就知道了对端的窗口大小。

A开始发送数据，A连续发送3个单位的数据，因为他知道B的缓冲区大小。在这一波数据发送完后，A就不能再发了，需等待B的确认。

A发送过来的数据逐渐将缓冲区填满。

这时候缓冲区中的一个报文被进程读取，缓冲区有了一个空位，于是B向A发送一个ACK，这个报文中指示窗口大小为1。

A收到B发过来的ACK消息，并且知道B将窗口大小调整为1，因此他只发送了一个单位的数据并且等待B的下一个确认报文。

如此反复。