TCP协议—如何提高数据发送效率

滑动窗口

TCP协议中，由于一发一收的方式性能较低，那么我们一次发送多条数据，就可以大大提高性能（将多个段的等待时间重叠在一起）

窗口大小指的是无需确认应答而可以继续发送数据的最大值，上图窗口大小就是4000个字节（四个段）
发送前四个段，不需要等待任何ACK，直接发送
收到第一个ACK，滑动窗口向后移动，继续发送第五个段的数据，依次类推
操作系统为了维护这个滑动窗口，需要开辟一个发送缓冲区来记录当前没有应答的数据，而确认应答过的数据，会从缓冲区删除
窗口越大，则网络的吞吐率越高

滑动窗口也有丢包情况，如何进行重传呢？
情况一：数据包到达，ACK丢了

这种情况下，部分ACK丢了不要紧，可以通过后续ACK进行确认；

**情况二：**数据包丢了

当某一段报文段丢失后，发送端会一直收到1001这样的ACK，当发送端主机连续收到了三次同样的”1001“这样的应答，就会重发对应的数据1001—2000。
此时接收端收到了1001之后。再次返回的ACK就是7001了（因为2001——7000）接收端其实之前就已经收到了，被放到了接收端操作系统内核的接收缓冲区中，这种机制被称为”高速重发机制“（快重传）。

流量控制

由于接收端处理数据是有限的，如果发送端发的太快，导致接收端缓冲区满了，这时发送端继续发送数据将会导致丢包，继而会引起一系列重传反应，因此TCP根据接收端的处理能力来决定发送的速度，这就是流量控制。

接收端将自己可以接受的缓冲区大小放入TCP首部中的“窗口大小”字段，通过ACK段通知发送端窗口的字段越大，网络吞吐量越高。
接收端一旦发现自己快满了，就会将窗口大小设置成一个更小的值传给发送端,发送端接收到这个数据后就会减缓发送速度。
如果接收端缓冲区满了，此时窗口大小设置为0，发送端将不会在发送数据，而是定期发送一个窗口探测数据段，使接收端将窗口大小告诉发送端。

拥塞控制

核心就是防止开始传输时由于传输数据过大，网络不好而引起的大量丢包问题，引入慢启动机制，开始先发送少量数据看网络是否堵塞，然后在决定以多大的速度传输数据。

引入一个概念称为拥塞窗口，发送开始的时候, 定义拥塞窗口大小为1，每次收到一个ACK应答, 拥塞窗口加1。
每次发送数据包的时候, 将拥塞窗口和流量控制的窗口大小做比较, 取较小的值作为实际发送的窗口。
拥塞窗口是按指数增加的，为了避免拥塞窗口增长的太快，引入一个慢启动阈值，当拥塞窗口超过这个阈值的时候，变为线性增长。
慢启动开始的时候，阈值等于窗口的最大值，每次超时重传时阈值变为原来的一半，拥塞窗口置回1。
当TCP开始通信的时候，网络吞吐量开始上升，随着网络拥堵，吞吐量立刻下降。

拥塞控制归根结底就是 TCP协议尽可能的将数据传输给对方，但又要避免给网络造成太大的压力的折中方案。

延迟应答

如果接收端接收到数据就返回一个ACK的话，此时返回的ACK就会很小，比如说：如果接收端缓冲区为800KB的话，发送一个400KB的数据，立即返回的话窗口大小只有400KB，但是延迟一会再发的话，缓冲区可能就会把这400KB的数据处理掉了，这时返回的窗口大小就为800KB，极大的提高传输效率。
但并不是所有的包都可以延迟应答，他会收到数量限制和时间限制，每隔一定数量的包就应答一次，超过最大延迟时间就应答一次。

捎带应答

在延迟应答基础上，客户端服务器在应用层上也是“一发一收的”，那么此时ACK就可以搭顺风车和服务器回应的数据一起回给客户端。