TCP到底怎么做流量控制?
我們都知道TCP是一種可靠的,面向連接的傳輸層協議。我們總是希望TCP能夠傳輸的數據越快越好。如果存在這樣一種情況,發送方數據發送的非常快,而且接收方耗盡自己的資源也根本來不及接收,那這些多余的數據就會被丟棄,這就違背了TCP可靠的宗旨了。
所以就需要引入一種流量控制的手段:讓發送方不要發送太快,既讓接收方能夠順利接收數據,而且也不會造成網絡鏈路的阻塞。
思路
沿著這個思路:讓發送方不要發送的太快。那就讓接收方控制發送方的數據大小,每次應答的時候通知發送方自己還剩多少空間可以接收數據。當然實際交互沒有這么的簡單,只是提供了一種思路。利用這種思路,誕生了滑動窗口的方式。
滑動窗口
滑動窗口類似一個窗口,是用來告訴發送方可以發送數據的大小。也可以說是窗口標記了接收方緩沖區的大小。窗口大小也就表示一次能發送多少數據量,而且這個窗口可以滑動,滑動窗口因此得名。
怎樣告知發送方窗口大小?
怎樣通知發送方窗口大小呢?難道要重新發送一包數據告訴對方嗎,這顯然是不合理的。可以巧妙的使用確認應答包。有了確認應答包還是不夠,如果是***次交互呢?所以還需要在三次握手時候,就需要告知對方。(rwnd表示接收窗口)
在原來的確認應答策略中,每一次發送數據,都需要Ack應答,在接收到Ack之后才會發送下一個數據段,發送方沒有接收到Ack應答呢?這樣做的方式效率實在太低。使用了滑動窗口,可以多次發送數據,只要不要超過對方窗口大小。這樣就大大提高了效率。
滑動窗口細節
- 接收方將自己能夠接收的緩沖區大小是在TCP首部中的“窗口大小”字段表示的,通過Ack通知發送方。
- 窗口大小是發送方可以發送的***值,也就是說可以不需要Ack應答,可以發送多次數據,前提發送總數據量不要超過窗口大小。
- 窗口大小大說明網絡的吞吐率高
- 操作系統內核維護了一塊接收緩沖區,只有Ack應答之后的數據才能從緩沖區中刪除。
- 接收方一旦發現自己的緩沖區快滿了,就會通知對方自己的窗口為更小的值。
- 如果接收方發現自己的緩沖區滿了,就會將窗口的大小設置為0,此時發送方將不再發送數據,但是需要定期發送一個窗口探測數據段,使接收方把窗口大小告訴發送方 。(針對這一點重點說明下為什么需要定期發送窗口探針?可以想象下,如果接收方緩沖區滿了,然后通過Ack告知發送方窗口大小為0。發送方從此不會發送數據給接收方,接收方也沒辦法告知對方自己緩沖區可以接收數據,就會出現“卡死”的情況)
實例
A 向 B 發送數據。在連接建立時,B 告訴 A:“我的接收窗口 rwnd = 400(字節)。注意:圖中的箭頭上面大寫的ACK表示首部中的確認位ACK,小寫ack表示確認字段的值。
上面的過程是這樣的:
- A發送了數據序號1至100,還能發送300字節
- A發送了數據序號101至200,還能發送200字節
- A發送了數據序號201至300,但是丟失了數據
- B發送了ACK,同時通知A,允許A發送序號201至500,300字節
- A發送了數據序號301至400,還能發送100字節
- A發送了數據序號401至500,不能發送數據了
- A超時重傳舊的數據,但不能發送新數據
- B發送了ACK,同時通知A,允許A發送序號501至600,100字節
- A發送了數據序號501至600,不能發送數據了
- B發送了ACK,同時通知A,不允許A發送數據