一篇带你读懂TCP之“滑动窗口”协议

前言

你现在的努力,是为了以后有更多的选择。

在上一篇文章通过“表白”方式,让我们快速了解网络七层协议了解了网络七层协议。
接下来我们要把重心放在网络传输的可靠性上面。一起来看TCP协议,它是如何解决网络传输不可靠的问题。这其中有个很关键的部分,就是我们的滑动窗口协议

从工程学角度上,我们来看一看滑动窗口协议,它到底解决了一个怎样的问题?

滑动窗口协议:

  • TCP协议的使用
  • 维持发送方/接收方缓冲区
    缓冲区是 用来解决网络之间数据不可靠的问题,例如丢包,重复包,出错,乱序

在TCP协议中,发送方和接受方通过各自维护自己的缓冲区。通过商定包的重传机制等一系列操作,来解决不可靠的问题。

问题一:如何保证次序?

提出问题:在我们滑动窗口协议之前,我们如何来保证发送方与接收方之间,每个包都能被收到。并且是按次序的呢?

发送方发送一个包1,这时候接收方确认包1。发送包2,确认包2。就这样一直下去,知道把数据完全发送完毕,这样就结束了。那么就解决了丢包,出错,乱序等一些情况!同时也存在一些问题。问题:吞吐量非常的低。我们发完包1,一定要等确认包1.我们才能发送第二个包。

问题二:如何提高吞吐量?

提出问题:那么我们就不能先连发几个包等他一起确认吗?这样的话,我们的速度会不会更快,吞吐量更高些呢?

如图,这个就是我们把两个包一起发送,然后一起确认。可以看出我们改进的方案比之前的好很多,所花的时间只是一个来回的时间。接下来,我们还有一个问题:改善了吞吐量的问题

问题三:如何实现最优解?

问题:我们每次需要发多少个包过去呢?发送多少包是最优解呢?

我们能不能把第一个和第二个包发过去后,收到第一个确认包就把第三个包发过去呢?而不是去等到第二个包的确认包才去发第三个包。这样就很自然的产生了我们"滑动窗口"的实现。
在图中,我们可看出灰色1号2号3号包已经发送完毕,并且已经收到Ack。这些包就已经是过去式。4、5、6、7号包是黄色的,表示已经发送了。但是并没有收到对方的Ack,所以也不知道接收方有没有收到。8、9、10号包是绿色的。是我们还没有发送的。这些绿色也就是我们接下来马上要发送的包。 可以看出我们的窗口正好是11格。后面的11-16还没有被读进内存。要等4号-10号包有接下来的动作后,我们的包才会继续往下发送。

正常情况

可以看到4号包对方已经被接收到,所以被涂成了灰色。“窗口”就往右移一格,这里只要保证“窗口”是7格的。 我们就把11号包读进了我们的缓存。进入了“待发送”的状态。8、9号包已经变成了黄色,表示已经发送出去了。接下来的操作就是一样的了,确认包后,窗口往后移继续将未发送的包读进缓存,把“待发送“状态的包变为”已发送“。

丢包情况

有可能我们包发过去,对方的Ack丢了。也有可能我们的包并没有发送过去。从发送方角度看就是我们没有收到Ack。
发生的情况:一直在等Ack。如果一直等不到的话,我们也会把读进缓存的待发送的包也一起发过去。但是,这个时候我们的窗口已经发满了。所以并不能把12号包读进来,而是始终在等待5号包的Ack。

如果我们这个Ack始终不来怎么办呢?

超时重发

这时候我们有个解决方法:超时重传
这里有一点要说明:这个Ack是要按顺序的。必须要等到5的Ack收到,才会把6-11的Ack发送过去。这样就保证了滑动窗口的一个顺序。
这时候可以看出5号包已经接受到Ack,后面的6、7、8号包也已经发送过去已Ack。窗口便继续向后移动。

文末

从我们为了增加网络的吞吐量,想讲数据包一起发送过去,这时候便产生了“滑动窗口”这种协议。有了“滑动窗口”这个概念,我们又解决了其中出现的一些问题。例如丢包,我们又通过重发的机制去解决了。以上来自ccmouse老师教学视频,作为学习记录整理。

如果文章对你有用的话,欢迎关注公众号:Coder编程
获取最新原创技术文章和相关免费学习资料,随时随地学习技术知识!

原文地址:https://www.cnblogs.com/coder-programming/p/10627746.html

时间: 2024-10-10 10:40:21

一篇带你读懂TCP之“滑动窗口”协议的相关文章

一篇文章,读懂Netty的高性能架构之道

一篇文章,读懂Netty的高性能架构之道 Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架,是一个高性能.异步事件驱动的NIO框架,它提供了对TCP.UDP和文件传输的支持,作为一个异步NIO框架,Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的,通过Future-Listener机制,用户可以方便的主动获取或者通过通知机制获得IO操作结果. 作为当前最流行的NIO框架,Netty在互联网领域.大数据分布式计算领域.游戏行业.通信行业等获得了广泛的应用,一些业界著名的开源组件也基于Netty的NIO框

少啰嗦!一分钟带你读懂Java的NIO和经典IO的区别

1.引言 很多初涉网络编程的程序员,在研究Java NIO(即异步IO)和经典IO(也就是常说的阻塞式IO)的API时,很快就会发现一个问题:我什么时候应该使用经典IO,什么时候应该使用NIO? 在本文中,将尝试用简明扼要的文字,阐明Java NIO和经典IO之间的差异.典型用例,以及这些差异如何影响我们的网络编程或数据传输代码的设计和实现的. 本文没有复杂理论,也没有像网上基它文章一样千篇一律的复制粘贴,有的只是接地气的通俗易懂,希望能给你带来帮助. (本文同步发布于:http://www.5

分分钟带你读懂 ButterKnife 的源码

为什么要写这一系列的博客呢? 因为在 Android 开发的过程中, 泛型,反射,注解这些知识进场会用到,几乎所有的框架至少都会用到上面的一两种知识,如 Gson 就用到泛型,反射,注解,Retrofit 也用到泛型,反射,注解 .学好这些知识对我们进阶非常重要,尤其是阅读开源框架源码或者自己开发开源框架. 前言 ButterKnife 这个开源库火了有一段时间了,刚开始它的实现原理是使用反射实现的,性能较差.再后面的 版本中逐渐使用注解+放射实现,性能提高了不少. ButterKnife是基于

Nginx系列教程(三)| 一文带你读懂 Nginx 的负载均衡

作者:JackTian 微信公众号:杰哥的IT之旅(ID:Jake_Internet) LAMP 系列导读 01. LAMP 系列教程(一)| 详解 Linux 环境下部署 HTTPD 服务 02. LAMP 系列教程(二)| 如何在 Linux 环境下部署 AWStats 分析系统来监控 Web 站点? 03. LAMP 系列教程(三)| 一文读懂 HTTPD 服务的访问控制 04. LAMP 系列教程(四)| MySQL 数据库系统(一) 05. LAMP 系列教程(五)| MySQL 数据

读懂TCP状态转移

读懂TCP状态变换的过程,对于理解网络编程颇有帮助,本文将对TCP状态转移过程进行介绍,但各个状态(总共11个)的含义不在本文介绍的范围. 内容来源:<UNIX网络编程>第一卷第二章2.6节,若是读者对某个知识点不太理解,请参考原文. TCP状态转换图(state transition diagram) 1. 建立连接(three-way hand shake) 主动打开(passive open):服务器必须准备好接受外来的连接,通常通过socket.bind和listen完成. 被动打开(

转:TCP/IP详解--举例明白发送/接收缓冲区、滑动窗口协议之间的关系

原文地址:http://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/21439633#1536434-tsina-1-74921-66a1f5d8f89e9ad52626f6f40fdeadaa  TCP/IP详解--举例明白发送/接收缓冲区.滑动窗口协议之间的关系. 一个例子明白发送缓冲区.接受缓冲区.滑动窗口协议之间的关系. 在上面的几篇文章中简单介绍了上述几个概念在TCP网络编程中的关系,也对应了几个基本socket系统调用的几个行为,这里再列举一个例

TCP的滑动窗口机制【转】

原文链接:http://www.cnblogs.com/luoquan/p/4886345.html      TCP这个协议是网络中使用的比较广泛,他是一个面向连接的可靠的传输协议.既然是一个可靠的传输协议就需要对数据进行确认.TCP协议里窗口机制有2种:一种是固定的窗口大小:一种是滑动的窗口.这个窗口大小就是我们一次传输几个数据.对所有数据帧按顺序赋予编号,发送方在发送过程中始终保持着一个发送窗口,只有落在发送窗口内的帧才允许被发送:同时接收方也维持着一个接收窗口,只有落在接收窗口内的帧才允

计算机网络(八),TCP的滑动窗口

目录 1.RTT和RTO 2.TCP使用滑动窗口做流量控制与乱序重排 3.滑动窗口的基本原理 八.TCP的滑动窗口 TCP头部中的窗口字段:滑动窗口大小,用来告知发送端接受端的缓存大小,以此控制发送端发送数据的速率,从而达到流量控制 1.RTT和RTO (1)RTT:发送一个数据包到收到对应的ACK,所花费的时间 (2)RTO:重传时间间隔 2.TCP使用滑动窗口做流量控制与乱序重排 (1)保证TCP的可靠性 (2)保证TCP的流控特性 3.滑动窗口的基本原理 (1)TCP会话的发送方 可分为四

Nginx系列教程(二)| 一文带你读懂Nginx的正向与反向代理

作者:JackTian 微信公众号:杰哥的IT之旅(ID:Jake_Internet) LAMP 系列导读 01. LAMP 系列教程(一)| 详解 Linux 环境下部署 HTTPD 服务 02. LAMP 系列教程(二)| 如何在 Linux 环境下部署 AWStats 分析系统来监控 Web 站点? 03. LAMP 系列教程(三)| 一文读懂 HTTPD 服务的访问控制 04. LAMP 系列教程(四)| MySQL 数据库系统(一) 05. LAMP 系列教程(五)| MySQL 数据