TCP流量控制与滑动窗口

流量控制

为什么需要流量控制？

• 双方在通信的时候，发送方的速率与接收方的速率是不一定相等，如果发送方的发送速率太快，会导致接收方处理不过来，这时候接收方只能把处理不过来的数据存在缓存区里
• 如果缓存区满了发送方还在疯狂着发送数据，接收方只能把收到的数据包丢掉，大量的丢包会极大着浪费网络资源，因此，我们需要控制发送方的发送速率，让接收方与发送方处于一种动态平衡才好 ** 对发送方发送速率的控制，我们称之为流量控制。 **

如何控制？

• 接收方每次收到数据包，可以在发送确定报文的时候，同时告诉发送方自己的缓存区还剩余多少是空闲的，我们也把缓存区的剩余大小称之为接收窗口大小，用变量win来表示接收窗口的大小。
• 发送方收到之后，便会调整自己的发送速率，也就是调整自己发送窗口的大小，当发送方收到接收窗口的大小为0时，发送方就会停止发送数据，防止出现大量丢包情况的发生

发送方何时再继续传送数据？

• 当发送方收到接受窗口 win = 0 时，这时发送方停止发送报文，并且同时开启一个定时器，每隔一段时间就发个测试报文去询问接收方，打听是否可以继续发送数据了，如果可以，接收方就告诉他此时接受窗口的大小；如果接受窗口大小还是为0，则发送方再次刷新启动定时器

1. 发送窗口和接受窗口相等吗？ 答：接收方在发送确认报文的时候，会告诉发送发自己的接收窗口大小，而发送方的发送窗口会据此来设置自己的发送窗口，但这并不意味着他们就会相等。首先接收方把确认报文发出去的那一刻，就已经在一边处理堆在自己缓存区的数据了，所以一般情况下接收窗口 >= 发送窗口。

拥塞控制

拥塞控制与网络的拥堵情况相关联，而流量控制与接收方的缓存状态相关联。

一、为何要进行拥塞控制？

• 两台主机在传输数据包的时候，如果发送方迟迟没有收到接收方反馈的ACK，那么发送方就会认为它发送的数据包丢失了，进而会重新传输这个丢失的数据包。
• 际情况有可能此时有太多主机正在使用信道资源，导致网络拥塞了，而A发送的数据包被堵在了半路，迟迟没有到达B。这个时候A误认为是发生了丢包情况，会重新传输这个数据包
• 结果就是不仅浪费了信道资源，还会使网络更加拥塞。因此，我们需要进行拥塞控制

二、如何知道网络的拥塞情况？

为了探测网络的拥塞情况，我们可以采取以下两种策略：

1. 先发送一个数据包试探下，如果该数据包没有发生超时事件(也就是没有丢包)。那么下次发送时就发送2个，如果还是没有发生超时事件，下次就发送3个，以此类推，即N = 1, 2, 3, 4, 5....
2. 一个一个增加实在是太慢了，所以可以刚开始发送1个，如果没有发生超时时间，就发送2个，如果还是没有发送超时事件就发送4个，接着8个...，用翻倍的速度类推,即 N = 1, 2, 4, 8, 16... 把第一种方法和第二种方法结合起:我们刚开始可以以指数的速度增长，增长到某一个值，我们把这个值称之为阈值吧，用变量ssthresh代替。当增长到阈值时，我们就不在以指数增长了，而是一个一个线性增长。

• 前期指数增长，到达阈值之后，就以一个一个线性的速度来增长。
• 我们也把指数增长阶段称之为慢启动，线性增长阶段称之为拥塞避免

三、到了瓶颈值之后怎么办？

无论是指数增长还是一个一个增长，最终肯定会出现超时事件，总不可能无限增长吧。当出现超时事件时，我们就认为此时网络出现了拥塞了，不能再继续增长了。我们就把这个时候的N的值称之为瓶颈值

• 当达到最大值MAX之后，我们该怎么办呢？

我们就回到最初的最初的状态，也就是说从1，2，4，8.....开始,不过这个时候我们还会把ssthresh调小，调为MAX值的一半，即ssthresh = MAX / 2
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四、超时事件就一定是网络拥塞？

快重传，快恢复

超时事件发送就一定是网络出现了拥堵吗？其实也有可能不是出现了网络拥堵，有可能是因为某个数据包出现了丢失或者损害了，导致了这个数据包超时事件发生了

• 通过冗余ACK来处理的
• 数据包是有序号的，如果A给B发送M1, M2, M3, M4, M5...N个数据包，如果B收到了M1, M2, M4....却始终没有收到M3，这个时候就会重复确认M2，意在告诉A,M3还没收到，可能是丢失了。

• 当A连续收到了三个确认M2的ACK，且M3超时事件还没发生。A就知道M3可能丢失了，这个时候A就不必等待M3设置的计时器到期了，而是快速重传M3。并且把ssthresh设置为MAX的一半，即ssthresh = MAX/2，但是这个时候并非把控制窗口N设置为1，而是让N = ssthresh，N在一个一个增长。
• 这种情况叫做快速恢复