TCP中窗口和滑动窗口的含义以及流量控制

一.窗口

在TCP中由于要保证可靠性，所以每发送一条数据后，都需要接收方返回一条应答报文，要是我们每发送一条数据，发送方就等待接收应答报文，收到之后再去发送下一条数据，这样我们就会花费大量的时间在等待应答报文上，效率是很低下的

所以TCP中有了窗口的概念，TCP在发送数据的时候会一次性发送一组数据，发送这一组数据的过程中不用等待ACK（应答报文），就直接往接收方发，而窗口大小就是我们发送这一组数据的大小，如上图，当窗口大小为4000个字节（四个段）时，我们在发送序号为1-4000的信息就直接发送给接收方即可，不需要等待接收方返回ACK（应答报文），在发送好一组数据以后，我们再等待ACK（应答报文），相当于使用一份等待时间，等待四个ACK（应答报文）

窗口能不能无限大呢

当我们的窗口越大，此时批量发送的数据就越多，效率就越高，那我们的窗口能不能及其的大呢，这样效率不就非常高了吗？答案是不行，因为窗口要是过于大，批量发送的数据就会很多，就不知道要到什么时候才去等待ACK（应答报文）了，就相当于完全不必等ACK（应答报文），此时就和不可靠传输差不多了，而TCP的特点就是可靠传输，并且如果窗口过于大，批量发送的数据过于多，接收方能不能处理得过来，中间的网络设备能不能承受住，都是未知数

二.滑动窗口

滑动窗口，是一个形象的比喻，实际上就是批量发送数据，这样可以缩短等待时间，提高一定的效率（缩短不代表没有，仍然需要一定的时间等待ACK（应答报文），所以传输效率不会比UDP高）

如上图，我们在发送一组数据后，等待ACK（应答报文）时，我们需要等待4个段的应答报文都获得了才去发送下一段数据吗，很显然，不需要，由于ACK（应答报文）的发送是有顺序的，所以我们肯定会先接收到当前组中，第一段的ACK（应答报文），当我们收到第一段的ACK（应答报文）后便可以发送下一段数据了，这样我们就保证了一直等待的都是4个段的ACK（应答报文），一段一段的向后推进，就像一个滑动窗口一样。

在滑动窗口中出现丢包应该怎么办？

1.ACK（应答报文）丢包

ACK（应答报文）丢包即使不做任何处理也是正确的，如上图，当1-1000序号的数据发送后，接收方返回的1001的确认序号（ ACK（应答报文））出现了丢失，但后面1001-2000序号的数据发送后，接收方返回的2001的确认序号（ ACK（应答报文））没有出现丢失，而2001的确认序号就表名在2001之前的数据都已经成功接收，其中就包括了1-1000的数据，所以即使 ACK（应答报文）出现了丢失后面的 ACK（应答报文）也能确认之前的数据被成功接收

所以在滑动窗口中 ACK（应答报文）丢包即使不做任何处理也是正确的

2.传输的数据丢包

如上图，在滑动窗口批量传输数据时，1001-2000这段数据出现了丢包，此时接收方就没有收到1001-2000这段数据，所以接收方之后返回的确认序号（ ACK（应答报文））都是1001，就像是提醒发送端“我想要的是1001这个数据”一样

当发送端连续收到多次“1001”这样的应答，就会将对应的1001-2000的数据重新发送

此时接收端收到了1001后，再次返回的确认序号（ ACK（应答报文））就是7001了，因为2001-7000的数据接收端之前就已经收到了，被放到了接收端操作系统内核的接收缓冲区中

这种机制叫做“高速重发控制”，也叫“快重传”

流量控制（滑动窗口的补充）

我们知道，滑动窗口越大，批量传输的数据越多，传输效率越高，但是窗口也不能无限大，窗口要是太大了，就有可能使接收方处理不过来，或者使传输的中间链路处理不过来，这样就会出现丢包，就得重传了，反而还影响了效率

流量控制就是给滑动窗口“踩踩刹车”，避免窗口太大，导致接收方处理不过来

流量控制就是根据接收方的处理能力来限制发送方的发送速度（窗口大小）

那我们如何衡量接收方的处理能力呢？通过接收方的接收缓冲区剩余空间大小来进行衡量，

接收缓冲区剩余空间大小越大，说明接收方的处理能力越强，发送方的发送速度（窗口大小）就可以越大，反之亦然

发送方如何知道接收方的处理能力呢？接收方接收到数据后都会给发送方发送ACK(应答报文)，所以我们将接收方的接收缓冲区剩余空间大小通过ACK(应答报文)反馈给发送方，作为发送方下一次发送数据窗口大小的依据

如上图，发送端发送了1-1000的数据，接收端返回的ACK(应答报文)不仅有确认序号1001，还有接收端接收缓冲区的剩余空间大小3000字节，发送端收到ACK(应答报文)以后，便知道了接收端接收缓冲区还有3000字节的剩余空间大小，于是发送了1001-4000共3000字节的数据给接收端，当接收端返回的接收缓冲区剩余空间大小为0时，发送端就会不停的发送一个无意义的数据作为探测信号，去获取接收端接收缓冲区剩余空间大小，当不为0时，便可以继续传输数据。