TCP协议数据传输的基本机制:滑动窗口运行过程详解

Posted 2021-04-15 Coding迪斯尼

TCP协议为了尽可能保证数据传输的可靠性，因此数据的传输过程就比较复杂和繁琐。 TCP为了保证数据传输速率，它需要一次尽可能多的传送数据，但数据一次发送太多出错的可能性也大，因此TCP通过一套机制来动态调整每次数据的发送量，这套机制就是我们前面提到过的滑动窗口。 同时在上一节中，我们构造TCP数据包头时需要设置一个option叫maximun segment size，这个数据结构决定了无论当前滑动窗口有多大，一次数据发送量都不能超过它给定的范围。

如果数据超过了该给定值，那么数据就必须切割成多个小块来依次发送。 由于TCP数据要包含在IP包头下，而一个IP数据包可以确保一次能发送最少576字节，由于在IP包头和TCP包头最小都得占20字节，因此TCP数据包一次包含的数据量最最少可以是536字节。 当然这个值可以在双方握手时动态设置，在上一节我们就设置MMS的值为1460，数据传输的两方并不需要拥有相同的MMS，一方在发送数据给另一方时，只要记住对方的MMS，确保一次发送的数据量不超过对方给定的MMS即可。

当三次握手完成后，双方各自的相关参数都发送给了对方，此时我们就可以进入数据传输流程。 这里我们需要详细掌握滑动窗口机制的每个细节。 数据传输过程中两方都必须记录它发送了多少数据以及接收了多少数据，因此数据发送过程中可以分为4类，一类是发送了并且收到了对方的ack确定，第二类是发送了但没有收到对方的ack确定，第三类是数据还没有发送但已经放在缓存中； 第四类是数据还没有放入缓存。

在后面我们实现TCP的数据发送机制时，需要使用不同的指针指向不同类型的数据。 第一个指针叫”Send Unacknoleged”简称SND.UNA，它将指向那些已经发送出去但还没有收到ack包确认的数据的首字节。 第二个指针叫”Send Next”，简称SND.NXT，它指向即将要发送的数据的首字节， 还有一个变量叫“Send window”简称SND.WND，它表示窗口大小，此时缓冲区中可以被发送出去的数据长度就是SND.UNA + SND.WND - SND.NXT，可以被发送出去的数据首字节当然就是SND.NXT指向的位置，具体情况如下图：

上图中紫色部分的最后字节也就是31表示已经发送并且接收到ack包确认的数据。 蓝色数据部分也就是32-45是发送了但没有收到确认的数据，黑色方块对应的就是SND.WND，绿色部分的开头也就是45对应SND.NXT指向位置，而绿色部分的长度对应的就是SND.UNA + SND.WND - SND.NXT也就是6字节，如果此时收到了对方发来的ack包，那么通过读取ack包确定对方收到了多少字节，然后将黑色方框向右移动同等字节，如此绿色部分的数据长度就会增加，也就是说当前可以发送出去的数据会相应的增加，黄色部分数据表示还不能发送给对方，因为对方缓冲区不足以接收这些数据。

以上是发送方的缓冲区处理，我们看看接收方的缓冲区处理。 接收方使用变RCV.NXT表示它期望对方发送过来数据对应的第一个字节，RCV.WND表示接收方建议对方一次发送过来的数据大小，具体情况如下图：

紫色部分表示接受到并且已经给对方回复了ACK的数据，绿色部分开头的32表示接收方希望对方下次发送过来的数据从第32字节开始，长度不要超过20.TCP数据传输过程非常复杂，还有很多内容我们将在下一节继续介绍。

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