TCP滑动窗口
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TCP
头里有一个字段叫 Window
,又叫 AdvertisedWindow
,这个字段是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据,而不会导致接收端处理不过来。
右图接收端 LastByteRead
指向了 TCP
缓冲区中读到的位置,NextByteExpected
是收到的连续包的最后一个位置,LastByteRcved
是收到的包的最后一个位置,我们可以看到中间有些数据还没有到达,所以有数据空白区。
左图发送端的 LastByteAcked
指向了被接收端 ACK
过的位置(表示成功发送确认),LastByteSent
表示发出去了,但还没有收到成功确认的 ACK
,LastByteWritten
指向的是上层应用正在写的地方。
接收端在给发送端回 ACK
中会汇报自己的 Window = 缓冲区大小 – LastByteRcvd – 1
发送方会根据这个窗口来控制发送数据的大小,以保证接收方可以处理。
下面我们来看一下发送方的滑动窗口示意图:
上图中分成了四个部分,分别是:
已收到 ACK
确认的数据,可以抛弃了
发了还没收到 ACK
的。(2和3黑框圈起的部分是滑动窗口)
在窗口中还没有发出的(接收方还有空间)。
窗口以外的数据(接收方没空间)
下面是个滑动后的示意图。发送端方收到了 36
的 ACK
,前移 5
字节,发送 46-51
的字节
上面的要记;下面的瞟一眼:
下面我们来看一个接受端控制发送端的图示:
上图,我们可以看到一个处理缓慢的接收端是怎么把发送端的 window
给降成 0
的。如果 window
变成 0
了,发送端就不发数据了,可以想像成 "Window Closed"。如果发送端不发数据了,接收方一会儿 Window size
可用了,怎么通知发送端呢?
为了解决这个问题,TCP
使用了 Zero Window Probe
技术,缩写为 ZWP
,称为窗口探测,检测可用的 Window
。
一般这个值会设置成 3
次,如果 3
次过后还是 0
的话,有的 TCP
实现就会发 RST
把连接断了。如果不设的话,遭遇零窗口攻击时,会无限探测,空耗资源。
Silly Window Syndrome
翻译成中文就是 "糊涂窗口综合症"。如上面看到的一样,如果我们的接收方太忙了,来不及取走 Receive Windows
里的数据,就会导致发送方越来越小。到最后,如果接收方腾出很少的几个字节并告诉发送方现在的 window
,发送方便会义无反顾地发送这几个字节。
我们的 TCP + IP
头有 40
个字节,为了几个字节的数据,搭上 40
字节的头,太不经济了。
Silly Windows Syndrome
这个现象就像是你本来可以坐 200
人的飞机里只坐了一两个人。
要解决这个问题也不难,就是避免对小的 window size
做出响应,直到有足够大的 window size
再响应,这个思路可以同时实现在发送和接收两端。
如果收到的数据导致 window size
小于某个值,可以直接回 ACK window=0
,这样就把 window
给关闭了,阻止了发送方再发数据过来
等到接收端处理了一些数据后 windows size
大于等于了MSS (Maximum Segment Size) 最大报文长度
,或者接收缓冲区有一半为空,就可以把 window
打开让发送方发送数据过来。
如果这个问题是由发送端引起的,那么就会使用著名的 Nagle
算法。这个算法的思路也是延时处理,他有两个主要的条件:
要等到 Window Size >= MSS
或是 Data Size >= MSS
收到之前发送数据的 ACK
回包,他才会发数据,否则会攒数据等待发送。
Nagle
算法默认是打开的,所以对于一些需要小包场景的程序(如 telnet
或 ssh
这样的交互性比较强的程序),你需要关闭这个算法