TCP滑動窗口和流控

TCP的滑動窗口是一個很重要的概念，也是很晦澀的一個知識點。下面就大概介紹下TCP滑動窗口為什麼出現？它是怎麼工作的的？

什麼是TCP窗口

首先，要理解，client和server各自協議棧都有自己的buffer，應用層讀寫數據的源都是協議棧buffer裡。以接收端為例，應用程 序調用read()時，會從buffer裡移走數據到用戶空間，應用程序讀的速度越快(read(1024)必然比read(1)要快)，那麼 buffer裡的內容消費的越快，buffer也會越空。那麼TCP就可以告訴client，我現在很閒，你可以發送更多的數據來。"更多"是多少？這就 說窗口，窗口就是量化接收端和服務端當前能處理數據的能力。

TCP窗口是如何工作的

client和server端建立連接後，client會告訴server，自己的"接收窗口"大小(自己能接收多少的數據，受上面所說的 buffer影響)，server端接收到client的"接收窗口"大小，就會變成server端自己的"發送窗口"大小。同樣的，server端告訴 client自己的"接收窗口"大小，就會變成客戶端的"發送窗口"大小。

為了理解TCP的窗口大小是怎麼樣變化的，我們先需要理解它的含義。最簡單的方式就是認為窗口大小"意味著接收方能接收數據的大小"，這也是說接收 端設備再應用程序讀取buffer中數據之前，能從對端連接處理多少數據。比如說server端窗口大小是360，那麼就意味著server端一次只能從 客戶端接收不超過360bytes的數據。當server端收到數據，它會將數據放到buffer裡，然後server端必須對這份數據做兩件事

1. server端必須發送一個 ACK 到client端來確認數據已經收到
2. server端必須處理這份數據，把它交給對應的應用程序

要區分上面兩件事對理解窗口很重要，接收方收到數據後會確認，但是數據並不一定是裡面就是從buffer裡取出的，這是受應用層邏輯控制的。所以很 有可能如果接收數據過快，而取出數據更慢，就會導致buffer滿。一旦這種情況發生，窗口大小就開始調整來防止接收方負載過高。

正是因為窗口大小的調整可以用來調節數據傳輸的速率，所以就可以實現TCP的流控，在傳輸層的流控就是典型的例子，流控對於TCP的通信是很重要的，通過增大或者減小窗口的大小，client和server各自確保彼此設備發數據和收數據平衡。

通過TCP窗口實現流控

下面舉一個例子，來看TCP窗口大小變化怎樣實現流控。client端和server端已經三次握手建立TCP連接，總窗口大小是TCP建立連接時 候確定的。黑色框代表client和server總的窗口大小，紅色框代表實際可用的窗口大小。初始化的時候默認client和server總窗口和可用 端口分別都是360。另外，假設Client總共只發送360bytes數據，所以總窗口大小不會往前移動。

1. client 發送140bytes到server端，Seq=1，Length=140；可用窗口大小往前移動，變成260bytes，總窗口大小不變，依然是360。這中間的120是已發送，等待確認;
2. server端收到140bytes，放入buffer中，但是應用程序很繁忙，只取出100個字節。這時候可用窗口大小: 260(360-100)。接著server端要給client發確認，Ack=141，Window=260。黑框左邊緣向前移動，表示140字節已經 確認收到，但是應用程序太慢，處理很忙導致我現在只能處理260bytes(回顧下上面server端收到數據要做的兩件事);
3. client收到來自server端的ack回應，首先總窗口左邊緣向前移動，表示第一步的140bytes server已經收到，剩下260數據。接著被告知server的可接收窗口是260，client就調整自己的發送窗口是260，表示一次發數據不能超 過260;
4. client發送180bytes，可用窗口變成80(260-180)，等待確認發送的180bytes;
5. server收到180bytes，放入buffer中，應用程序依然很繁忙，這次一個字節都不處理。此時可用窗口大小:80(260-180)，然後發180 ack給client，並告知窗口大小80;
6. client收到ack，確認之前發送的180已經到達，剩余數據還有80字節。被告知server端接收窗口大小是80，調整自己的發送窗口大小為80
7. client發送80bytes，可用窗口變成0(80-80)，等待確認發送的80bytes;
8. server收到180bytes，放入buffer中，應用程序依然很繁忙，一個字節都不處理。此時可用窗口大小:80(80-80)，然後發80 ack給client，並告知窗口大小0;
9. client收到ack，確認之前發送的80已經到達。被告知server端接收窗口大小是0，調整自己的發送窗口大小為0，此時無論client是否還有數據要發送，都不能再發了。

總結

窗口就是量化接收端和服務端當前能處理數據的能力。個人理解，如發現接收端的窗口越來越小，或者越來越大，都可能會有問題。

1. 接收端的窗口越來越小，那麼就是接收端處理不過來(1.發的程序太快，太多;2.收的程序太慢，太少;3.發端帶寬比收端帶寬更大)，會導致接收端發送給發送端的窗口變小，從而發送端調整發送窗口大小，降低發送速度，網絡流量就會下降。
2. 接收端的窗口越來越大，那麼就是發送端處理不過來(1.收的程序太快，太多;2.發的程序太慢，太少;3.發端帶寬比收端帶寬更小)，會導致接收端發送給發送端的窗口變大，從而發送端調整發送窗口大小，增加發送速度，網絡流量就會升高。