计算机网络（37）TCP的流量控制

前言

计算机网络中的TCP（传输控制协议）流量控制是一种重要机制，用于确保数据在发送方和接收方之间的传输既高效又稳定。

一、目的

TCP流量控制的主要目的是防止发送方发送数据过快，导致接收方无法及时处理，从而引起数据丢失或缓冲区溢出。通过流量控制，可以确保接收方能够根据自己的处理能力来接收数据，避免数据丢失，同时提高网络资源的利用率。

二、方法

TCP流量控制主要通过滑动窗口机制来实现。滑动窗口机制允许发送方在不等待确认的情况下连续发送多个数据包，并根据接收方的接收能力动态调整发送窗口的大小。

窗口大小的确定：

TCP连接建立后，接收方会在确认应答报文中告知发送方自己的接收窗口（rwnd）大小。这个大小是通过TCP首部中的“窗口字段”来表示的，代表接收方当前能够接收的数据量。

数据发送与确认：

发送方根据接收方的窗口大小，将数据分成多个报文段进行发送。每发送一个报文段，就会启动一个定时器等待接收方的确认应答。
接收方成功接收数据后，会向发送方发送确认应答（ACK），其中包含确认号（ACK号）和当前的接收窗口大小。确认号用于告知发送方下一个期望接收的字节序号，而接收窗口大小的更新则让发送方知道后续还可以发送多少数据。

窗口的滑动：

随着接收方不断接收和处理数据，接收窗口会不断地向前滑动。例如，如果接收方最初的接收窗口范围是从序列号1001到1500，当接收方成功接收并处理了序列号为1001到1200的数据后，接收窗口就会向前滑动，新的接收窗口范围变为从序列号1201到1700（假设接收窗口大小没有变化）。
发送方根据接收窗口的滑动情况，不断调整自己的发送窗口（swnd），继续发送后续的数据。

流量控制的动态调整：

如果接收方处理数据的速度较慢，导致接收窗口变小，接收方会在确认应答中告知发送方新的窗口大小。发送方收到后，就会相应地减少发送的数据量，以适应接收方的处理能力。
如果接收方处理速度较快，接收窗口变大，接收方也会通知发送方，发送方就可以增加发送的数据量，提高数据传输效率。

三、实现细节

零窗口与持续计时器：

当接收方的接收窗口变为0时，表示接收方暂时无法接收更多的数据。此时，发送方会停止发送数据，并启动一个持续计时器。
当持续计时器到期时，即使接收方的接收窗口仍然为0，发送方也会发送一个小的数据包（零窗口探测报文段）来试探接收方的状态。
如果接收方能够接收这个探测报文段，它会返回一个包含最新接收窗口大小的ACK报文。发送方收到后，就可以根据新的窗口大小继续发送数据。

超时重传与确认应答：

发送方在发送数据之后会启动一个计时器（超时机制），如果在一定时间内没有收到接收方的确认信息，发送方会认为数据丢失并重新发送。
通过超时重传机制，可以有效控制数据的发送速度，并确保数据的可靠传输。