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网络原理 - 6

news 来源：原创 2025/7/15 3:18:09

4. 滑动窗口

滑动窗口出现丢包

情况一：数据报已经抵达，ACK 被丢了编辑

情况二：数据报直接就丢了

5. 流量控制

完！

4. 滑动窗口

这个滑动窗口是 TCP 中非常有特点的机制。

我们知道，TCP 是通过确认应答，超时重传，连接管理 ==》实现了可靠传输~

根据我们前面的介绍，为了实现可靠传输，也是付出了代价的，单位时间，能传输的数据量变少了（传输效率降低了！）

在确认应答机制之下，每次发送方收到一个 ack 才会发送下一个数据，导致会有大量的时间都消耗在等待 ack 上了，此处等待消耗的时间成本是非常多的~我们希望的是，在保证可靠传输的前提下，尽可能的让效率高一些，让消耗的时间成本少一些

滑动窗口这个机制，就是为了解决上述问题的。滑动窗口就可以在保证可靠传输的基础上，提高效率（这里的提高效率其实是降低了时间的损耗，而不是增加了传输速度）

虽然通过滑动窗口这个机制，一定程度上的提高了效率，但还是不可能高于 UDP 这种不需要可靠性的协议~ 有点提高，总比什么都不做强~~

引入了滑动窗口，就可以实现 == 》批量传输。

之前是发送一个数据，等待 ack，再发送下一条数据。

现在是先发送一个数据，不等 ack，再发下一个，继续往下发数据~

连续发送了一定数据之后，统一等一波 ack ==》把多次请求的等待时间，使用同一份时间来进行等待，减少了总的等待时间。

滑动窗口这个词是怎么来的呢？？ ==》其实这是一个很形象的比喻~~~

在这幅图的上面，黄色区域中的四份数据已经批量传输出去了~~传输出这四份数据之后，就等待 ack，暂时先不传输数据了~~~我们就把黄色区域（不等待 ack，能够批量传输的数据量）称为“窗口大小”

啥时候能继续发下一个数据（5001 - 6000）呢，是等到所有 ack 都回来了，再往后批量发四组数据，还是等回来一个 ack 就往后发一组呢？？

等回来一个 ack 就往下发下一组，这样的效率会比较高~~

上述的发送 / 返回 ack 的过程都很快，窗口快速的向后面移动，也就形成了一个“滑动”的效果了~~~ ==》因此也就把上述的过程，称为滑动窗口了~~

滑动窗口出现丢包

滑动窗口是我们为了提升传输效率的一个机制，但 TCP 安身立命之本的可靠性还是大前提的。如果出现丢包，滑动窗口会怎么解决呢？？？

这里可以分两种情况讨论：

情况一：数据报已经抵达，ACK 被丢了

如上图，主机 A 的数据，都是完好的传入到了主机 B，但是主机 B 的一些 ack 出现丢包了，这种情况，其实并不会对我们的数据传输造成影响，我们无需进行任何处理~~

这里需要注意 ack 报文中确认序号的含义，比如我们传了 5001，代表的是 5001 之前的所有数据（1 - 5000 的数据都收到了）这里涵盖了 4001 之前的数据都收到了这样的信息~

情况二：数据报直接就丢了

数据丢了的情况，这个时候就一定要进行重传了~~~

解决这个数据报丢了关键要点：是主机 B 的确认应答报文中，当没有收到 1001 - 2000 数据的时候，返回的应答报文中的确认序号是 1001，而不是 3001。如果是 3001，就是在告诉发送方，1001 - 2000也收到了实际上是，1001 - 2000 的数据报丢包了没收到~

此处就明确告诉了对端，我想要的现在是 1001 这个数据，不仅是这一个应答报文，而是接下来的若干数据，确认序号都是 1001，反复的向对端索要 1001 这个数据。（发福索要，就是再给 1001 的到达留有等待时间，连续多次索要的时候，发现 1001 这个数据还没到达，应该就是丢包了，就相当于“超时时间”判定了）

当发送方多次收到索要 1001 的 ack 确认报文之后，就反应过来，你连续的向我要 1001 这个数据，就会认为 1001 这个数据丢包了，就会重传 1001 这个数据。

重传 1001 之后，此时的确认序号就是 7001 了，而不是再从 2001 开始，确认序号要表示的是，我接下来要向发送方索要那个数据~~ 当发送方重传 1001 这个数据之后，接收方的 7000 之前的数据就都收到了，接下来就要索要 7001 这个数据了~~~

在上述重传的过程中，整体的效率是非常高的，这里的重传就做到了“针对性”的重传。那个丢了重传那个，已经收到的数据，就不必要再重复发送了，整体的效率是没有额外的损失，我们就把这种重传称为“快速重传”。

注意，这里虽然 1001 丢包后，是在一段时间之后再又重传过来的，但因为我们已经给数据都编号了序号，而且在接收方是存在一个带有优先级的阻塞队列的（生产者消费者模型），发送方发送的数据，到了接收方，都是会先放到接收缓冲区里面进行排队的。一排队，咦，发现队伍里缺数据了，却谁，就再向发送方喊谁，等缺的人到了，队伍补齐了，就可以发车了~~~

补充：

我们讲的前面的几个机制，确认应答，超时重传，滑动窗口，快速重传，他们是并不冲突的，而且是同时存在的~~~

如果当前传输过程中，是按照滑动窗口（短时间内传输大量数据），就按照快速重传来保证可靠性，此时判定丢包的标准就是看是否接收方连续有多个 ack 索要同一个数据。

如果当前传输过程中，不是按照滑动窗口（没有很多数据需要传输），此时就仍然按照之前的超时重传来保证可靠性，此时判定丢包的标准就算达到超时时间还没有 ack 到达。

注意：滑动窗口中也有确认应答，只不过，把等待的策略稍作调整，转成批量的了，批量的前提是，发送方短时间发送了很多数据。（如果发的数据很少，此时窗口就滑动不起来，就退化成了确认应答~）

5. 流量控制

我们前面讲，通过滑动窗口，可以提高传输效率，窗口大小越大，更多的数据复用同一块时间等待，效率就更高~（批量传输不需要等待 ack 的数据量，就称为“窗口大小”）

窗口大小肯定是不可能无限大的~~请记住，TCP 的安身立命之本是可靠传输，任何提升效率的行为，都不应该影响到可靠性~~~

发送的数据不能无限大，此时就需要考虑一些情况，来保证我们传输数据的可靠性。

比如说，发送方发的飞快，但是接收方处理不过来，此时也会出现丢包（接收方的接收缓冲区满了，发送方还在继续给他发，就会出现丢包情况）

这很像我们做数学应用题中的蓄水池问题：

很明显，如果接收方的接收缓冲区满了，发生丢包情况，这时候发送方就算重传也没用，反而还会浪费硬件资源~

与其等待接收方满了，发送方停止发送，还不如提前就感知到接收方接收缓冲区的情况，提前减慢速度~~

让发送方发送数据和接收方处理速度，可以做到步调一致~~~就算让接收方的处理数据的速度反过来影响发送方的速度 ==》流量控制！！

我们在 TCP 报头讲解的时候，有一个 16 位窗口大小，就是用来做这个的~~

通过这个字段来给发送方反馈发送速度，这个字段在普通报文中是没有意义的，只有在 ack 报文中才有意义~~~

通过这个大小来反馈给发送方，接下来要发送的窗口大小设置成多少合适（接收方会按照自己接收缓冲区剩余空间的大小，作为 ack 报文中窗口大小的数值）~~~ 下一步发送方就会根据接收方 ack 中的窗口大小数值来调整自己的窗口大小。

补充：

我们这里 TCP 包头中，窗口大小是 16 位，但窗口大小并非就是 64 KB（2 的16次方是 65535，64KB = 64 * 1024 = 65535~~）~ 实际上，TCP 报头的选项中，还包含了一个参数，叫做窗口扩展因子，实际上真实要设置的窗口大小是：16 位窗口大小 * 2 ^ 窗口扩展因子

如上图，当接收方的接收缓冲区为 0 的时候，此时接收方就应该暂停发送，发送方什么时候恢复发送呢？？ ==》发送方会周期性的发送一个“窗口探测包”，这个窗口探测包，并不会携带任何载荷，这样的包对于业务并不产生影响，只是为了触发接收方的 ack，一旦查询出来的结果，是非 0 的时候，就代表缓冲区又行了！！！发送方就可以继续发送了！！！

4. 滑动窗口

滑动窗口出现丢包

情况一：数据报已经抵达，ACK 被丢了

情况二：数据报直接就丢了

5. 流量控制

完！

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