网络 滑动窗口机制

Posted 2021-06-07 WhiteShirtI

滑动窗口机制

滑动窗口是一种流量控制技术，滑动窗口概念不仅存在于数据链路层，也存在于传输层，两者有不同的协议，但是基本原理是很相近的。其中一个重要的区别是，一个是针对帧的传送，一个是字节数据的传送。

在TCP的滑动窗口协议中，滑动窗口以字节为单位，主要功能是进行数据流量管理，平衡两端之间的数据吞吐量，解决丢包问题。其基本原理是在任意时刻,发送方都维持了一个连续的允许发送的字节序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的字节序号，称为接收窗口。

一个窗口的大小是由一个后沿序号和一个前沿序号来控制的。发送窗口的大小是由接收窗口的大小来决定的，窗口大小不能大于接收方的接收缓冲区中剩余空间的大小，避免发送大量数据而缓冲区满后导致的丢包问题。

发送窗口：表示一次从后沿到前沿最多发送多少数据；后沿表示所要发送数据的起始序号，当收到接收方的数据确认的回复，后沿就会向前移动。前沿是根据接收方窗口大小计算的结束序号，前沿等于接收方的窗口大小加上后沿序号

接收窗口：表示从哪里开始接收数据，接收到多少字节序号为止，可以进行包序管理，对应的包就应该放到缓冲区对应的位置；后沿表示接收数据的起始序号，当收到数据时后沿就会向前移动。前沿是根据缓冲区剩余空间大小计算得到的接收数据的结束序号，缓冲区剩余空间的大小会改变前沿序号

滑动窗口实现面向流的可靠性
发送窗口只有收到对端对于本段发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的后沿。而接收窗口只有在前面所有的段都确认的情况下才会移动后沿。当前面还有字节未接收但收到后面字节的情况下，窗口不会移动，并不对后序字节确认。超时后发送端会对这些数据进行重传

图解：
MMS：表示tcp数据通信时一条数据的最大大小，通信时双方进行协商，取双方MMS中较小的一方作为最大数据段大小。

1、在三次握手时接收方会告诉发送方窗口大小和mms。

2、发送方发送数据，接收方接收数据后接收方的后沿向前移动

3、发送方得到确认后将之前的数据丢掉，发送方的后沿向前移动，此时的前沿不变，并回复确认序号给发送方，告知发送方窗口大小

4、发送方发送数据，接收方接收数据后接收方的后沿向前移动

5、接收方取出缓冲区的数据之后，剩余空间变大，前沿向前移动，窗口变大，并回复给确认序号给发送方，告知发送方窗口大小

6、发送方得到确认后将之前的数据丢掉，发送方的后沿向前移动。得知接收方的窗口大小变大之后，前沿就会向前移动，始终保持前沿等于后沿加上窗口大小

滑动窗口机制允许发送端根据窗口大小以及mss连续发送多条数据，发送方根据不同场景有不同协议的处理
停等协议：发送完一条数据就停止发送，等待对方的确认，在收到确认才发送下一条数据；场景：网络状态极差
回退n步协议：一条数据丢了，则需要发送端将丢失这条数据以后的数据都进行重传；场景：网络状态较差
选择重传协议：一条数据丢了，则仅仅针对丢失的这条数据进行重传；场景：网络状态较好