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.


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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+).

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。


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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。


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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


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图4 滑动窗口模拟

  • 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。
  • ……

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。