TCP協議： 滑動窗口協議

TCP 滑動窗口協議

什麼是滑動窗口協議？ 
    一圖勝千言，看下面的圖。簡單解釋下，發送和接受方都會維護一個數據幀的序列，這個序列被稱做窗口。發送方的窗口大小由接受方肯定，目的在於控制發送速度，以避免接受方的緩存不夠大，而致使溢出，同時控制流量也能夠避免網絡擁塞。下面圖中的4,5,6號數據幀已經被髮送出去，可是未收到關聯的ACK，7,8,9幀則是等待發送。能夠看出發送端的窗口大小爲6，這是由接受端告知的（事實上必須考慮擁塞窗口cwnd，這裏暫且考慮cwnd>rwnd）。此時若是發送端收到4號ACK，則窗口的左邊緣向右收縮，窗口的右邊緣則向右擴展，此時窗口就向前「滑動了」，即數據幀10也能夠被髮送。

    下面就滑動窗口協議作出更詳細的說明，這裏爲了簡單起見設定發送方窗口大小爲2，接受方大小爲1。看下面圖：

  一：初始態，發送方沒有幀發出，發送窗口先後沿相重合。接收方0號窗口打開，等待接收0號幀； 
  二：發送方打開0號窗口，表示已發出0幀但尚確認返回信息。 此時接收窗口狀態不變； 
  三：發送方打開0、1號窗口，表示0、1號幀均在等待確認之列。至此，發送方打開的窗口數已達規定限度，在未收到新的確認返回幀之 前，發送方將暫停發送新的數據幀。接收窗口此時狀態仍未變； 
  四：接收方已收到0號幀，0號窗口關閉，1號窗口打開，表示準備接收1號幀。此時發送窗口狀態不 變； 
  五：發送方收到接收方發來的0號幀確認返回信息，關閉0號窗口，表示從重發表中刪除0號幀。此時接收窗口狀態仍不變 
  六：發送方繼續發送2號幀，2號窗口 打開，表示2號幀也歸入待確認之列。至此，發送方打開的窗口又已達規定限度，在未收到新的確認返回幀以前，發送方將暫停發送新的數據幀，此時接收窗口狀態 仍不變； 
  七：接收方已收到1號幀，1號窗口關閉，2號窗口打開，表示準備接收2號幀。此時發送窗口狀態不變； 
  八：發送方收到接收方發來的1號幀收畢的確認信 息，關閉1號窗口，表示從重發表中刪除1號幀。此時接收窗口狀態仍不變。

 

1比特滑動窗口協議? 
    上面說的只是滑動窗口協議的理論，實際應用中又有不一樣。首先就是停等協議(stop－and－wait)，這時接受方的窗口和發送方的窗口大小都是1，1個比特就夠表示了，因此也叫1比特滑動窗口協議。發送方這時天然發送每次只能發送一個，而且必須等待這個數據包的ACK，才能發送下一個。雖然在效率上比較低，帶寬利用率明顯較低，不過在網絡環境較差，或是帶寬自己很低的狀況下，仍是適用的。看下面的流程圖：

 

後退n協議? 
    停等協議雖然實現簡單，也能較好的適用惡劣的網絡環境，可是顯然效率過低。因此有了後退n協議，這也是滑動窗口協議真正的用處，這裏發送的窗口大小爲n，接受方的窗口仍然爲1。具體看下面的圖，這裏假設n=9： 
    首先發送方一口氣發送10個數據幀，前面兩個幀正確返回了，數據幀2出現了錯誤，這時發送方被迫從新發送2-8這7個幀，接受方也必須丟棄以前接受的3-8這幾個幀。 
    後退n協議的好處無疑是提升了效率，可是一旦網絡狀況糟糕，則會致使大量數據重發，反而不如上面的停等協議，實際上這是很常見的，具體能夠參考TCP擁塞控制。

 

選擇重傳協議？ 
    後退n協議的另一個問題是，當有錯誤幀出現後，老是要重發該幀以後的全部幀，毫無疑問在網絡不是很好的狀況下會進一步惡化網絡情況，重傳協議即是用來解決這個問題。原理也很簡單，接收端總會緩存全部收到的幀，當某個幀出現錯誤時，只會要求重傳這一個幀，只有當某個序號後的全部幀都正確收到後，纔會一塊兒提交給高層應用。重傳協議的缺點在於接受端須要更多的緩存。