网络原理——No.3 传输层_TCP的滑动窗口, 流量控制与拥塞控制

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网络原理——No.1 传输层_TCP的确认应答机制与超时重传

网络原理——No.2 传输层_TCP的连接管理

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TCP 的滑动窗口

TCP 能够保证可靠传输, 但是却增大了开销. TCP 的传输效率一般是低于 UDP 的.

TCP 希望能够在保持可靠性的前提下, 尽可能的提高传输效率(但这里无论如何在效率上不可能超过 UDP).

滑动窗口 就是提高 TCP 传输效率的有效机制.

提升效率的方式, 就是不等 ACK了 (确实是不等, 但不是完全不等), 直接往下发下一条. 每次批量的发送一波消息, 然后再等一波 ACK , 再发一波消息.

滑动窗口

# 窗口大小: 把不需要等待, 就可以直接的发送的数据的量, 就成为 “窗口大小”

# 注意 # 主机 A 收到一个 ACK 就继续发一条数据, 而不是等所有的 ACK 都到了, 再发送数据.

在 2001 这个 ack 到达之前, 主机A上待确认的数据是 1001-5000, 在2001 到达之后

意思是 1001-2000 就确认发送成功了, 于是就把 1001-2000 这个个记录从白色的框里删掉了

同时又发送了 5001-6000 这个数据, 因此就需要继续等待 5001-6000 的 ack

此时要等待的数据仍然是 4 条, 看起来就好像是 白色的框长度没变,整体向右挪了一步.

# 注意 #

1. 效率高不高, 取决于窗口的大小, 窗口越大, 效率就越高. 窗口越小, 效率就越低
2. 假设窗口无限大, 此时发送就完全不需要等待 ACK 了, 此时效率就和 UDP 一样了, 但这样可靠性就无法保证了

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如果丢包

丢包分为两种情况

1. 响应的 ACK 丢了
2. 传的数据丢了

响应的 ACK 丢了

比如： (后者包含前者) 类似于有, 大学毕业了, 说明你的高中和初中早已毕业了.

传的数据丢了

前面丢的是 1001-2000. 而 2001-7000 这些数据没丢, B 都收到了, 但 B 始终差了 1000-2000 这块.

当 A 重传了 1001-2000 之后, 此时 7000 之前的数据都被补齐了. 因此, B 自然就从 7001 开始索要即可.

在上述设定中, 只是把丢的数据报进行了重传, 没丢的包, 没有重传

上述的重传过程中, 效率也是比较高的 “快速重传”(搭配滑动窗口的超时重传)

# 注意 #

• 不是说有了快速重传, 超时重传就没意义了.

• 如果传输的数据很多, 批量重传, 此时自然是遵守快速重传的方式

• 如果传输的数据很少(就只有一条), 此时仍然是按照超时重传的方式来进行的

• 如果正是最后一个丢了, 还是按照超时重传的方式来进行即可

窗口大小越大, 确实发送速度会更快, 但是窗口能无限大吗？

如果我们发送的过快, 接收方处理速度, 跟不上, 就会导致接收方就丢弃一部分数据.

而TCP 是要保证可靠性, TCP 还得重传这些数据.

这时我们就需要再有其他的机制, 来对发送方的发送速度, 作出限制——流量控制

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流量控制

在滑动窗口的基础之上, 对发送速率做出限制的机制, 就是限制发送方的窗口大小不要太大.

窗口大小多少合适呢? 问问接收方, 看接收方觉得发多快合适.

流量控制本质上, 就是接收方对发送方的反制, 接受方根据自己的接受能力, 来反向影响发送方接下来的发送速率.

接收方的接收速率, 如何进行量化?

接收方使用接收缓冲区的剩余空间大小, 来作为发送方发送速率(窗口大小) 的参考数值.

类似生产者消费者模型

A 是生产者, 往 B 的接收缓冲区生产数据, B 的应用程序, 从接收缓冲区中消费数据.

如果我们把缓冲区想象成一个蓄水池

接收方 B 收到 A 的数据, 就会在 ack 应答报文中, 把当前接收缓冲区剩余空间大小的值, 反馈给发送方.

16 位 能表示的最大数字就是 64kb ,是否意义着滑动窗口最大就是 64kb?

不是! ! TCP 报头的选项中, 会有一个特殊的值, 窗口大小的扩展因子, 可以通过扩展因子来表示更大的值.

❗这时出现了一个问题:

如果 A 不发送数据 B, B 就没法返回ACK

如果 B 不返回 ACK , 后续缓冲区里有空闲空间, 如何告知 A 呢❓

流量控制, 是通过接收方的处理能力, 来衡量发送方的速率的.

刚才只是考虑了接收方的处理速率,难道发送方就可以随便发了吗?

显然不是, 还需要考虑中间的这些转发节点的情况. (接收方, 处理速率, 是最容易量化的. 但是中间节点, 情况难以量化)

我们应该如何考虑中间节点呢?

思路:

把中间的这些设备, 视为一个 “整体”, 我们通过 “做实验” 的方式, 来验证发送速度多少合适

开始的时候, 发的慢点, 如果一路顺畅, 就是放的提高一下速度

提高到一定程度之后, 发生丢包, 再降低一下速度

降低速度之后, 发现又通畅了. 再提高速度. 达到一种 “动态平衡”

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拥塞控制

• 流量控制, 控制发送方的窗口大小

• 拥塞控制, 也是控制发送方的窗口大小

• 谁的数值小听谁的

TCP 实现拥塞控制具体方式

1. TCP 引入慢启动机制, 先发少量的数据, 发送之初, 网络情况前路未知.
2. 如果不丢包, 就要放大拥塞窗口(拥塞控制下的那个窗口大小) , 开始的时候, 先指数增长(翻倍), 达到阈值, 就线性增长 [短时间内, 摸清楚网络传输承载的底线]
3. 为了防止增长的太快一下就超过上线, 搞一个阈值, 达到阈值就不再指数增长了

为什么是一半呢?

阈值之前是翻倍的, 如果新的阈值比丢包窗口/ 2 还大, 那就意味着, 指数增长的翻倍直接就超出阈值了.

因此我们的阈值是在动态调整的(根据网络的情况)

小知识:

上述过程, 是 TCP 传统的拥塞控制实现的, 后来 TCP 也在进行演化, 拥塞控制也做出了一些改进.

其中的改进就是, 回归不再回归到初始值, 而是回到一个中间的值.

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(( ◞•̀д•́)◞⚔◟(•̀д•́◟ ))

以上就是今天要讲的内容了，希望对大家有所帮助，如果有问题欢迎评论指出，会积极改正！！

这里是Gujiu吖！！感谢你看到这里 祝今天的你也 开心满怀，笑容常在。