TCP协议分析(二)

1、TCP滑动窗口　　

　　TCP的滑动窗口主要有两个作用，一是提供TCP的可靠性，二是提供TCP的流控特性。同时滑动窗口机制还体现了TCP面向字节流的设计思路。

TCP 段中窗口的相关字段：

TCP的Window是一个16bit位字段，它代表的是窗口的字节容量，也就是TCP的标准窗口最大为2^16-1=65535个字节。

滑动窗口示意图：

（图片来源）

上图中分成了四个部分，分别是：（其中那个黑模型就是滑动窗口）

• #1已收到ack确认的数据。
• #2发还没收到ack的。
• #3在窗口中还没有发出的（接收方还有空间）。
• #4窗口以外的数据（接收方没空间）

下面是个滑动后的示意图（收到36的ack，并发出了46-51的字节）：

窗口的滑动主要包括：

1. 窗口左边沿向右边沿靠近，称为窗口合拢。这种现象发生在数据被发送且收到ACK确认
2. 右边沿向右移动将允许发送更多数据。这种现象发生在另一端接收进程读取已经确认的数据并释放了TCP的接收缓存。

2、TCP拥塞控制

　　传输数据的时候，如果发送方传输的数据量超过了接收方的处理能力，那么接收方会出现丢包。为了避免出现此类问题，流量控制要求数据传输双方在每次交互时声明各自的接收窗口「rwnd」大小，用来表示自己最大能保存多少数据。

2.1 慢启动- Slow Start

　　虽然流量控制可以避免发送方过载接收方，但是却无法避免过载网络，这是因为接收窗口「rwnd」只反映了服务器个体的情况，却无法反映网络整体的情况。

　　为了避免过载网络的问题，慢启动引入了拥塞窗口「cwnd」(cwnd全称Congestion Window)的概念，用来表示发送方在得到接收方确认前，最大允许传输的未经确认的数据。「cwnd」同「rwnd」相比不同的是：它只是发送方的一个内部参数，无需通知给接收方，其初始值往往比较小，然后随着数据包被接收方确认，窗口成倍扩大。

　　慢启动主要算法为：

• 初始化cwnd = 1，表明可以传一个MSS大小的数据
• 每收到一个ACK，cwnd++; 例如，收到第一个ack，cwnd=2，发送两个数据包，收到这两个数据包的ack，cwnd=4，为指数增加关系
• 还有一个ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd >= ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”

下图说明了这个过程。

2.2  拥塞避免算法 – Congestion Avoidance

ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd >= ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”。一般来说ssthresh的值是65535，单位是字节，当cwnd达到这个值时后，算法如下：

1）收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd

2）当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1

这样就可以避免增长过快导致网络拥塞，慢慢的增加调整到网络的最佳值。很明显，是一个线性上升的算法。