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TCP滑动窗口

在进行数据传输时，如果传输的数据比较大，就需要拆分为多个数据包进行发送。TCP 协议需要对数据进行确认后，才可以发送下一个数据包，如图所示。

从上图中可以看到，发送端每发送一个数据包，都需要得到接收端的确认应答以后，才可以发送下一个数据包。这样一来，就会在等待确认应答包环节浪费时间。为了避免这种情况，TCP引入了窗口概念。窗口大小指的是不需要等待确认应答包而可以继续发送数据包的最大值。

使用窗口的情况：

例如，窗口大小为 3，数据包的传输如图所示。

从上图中可以看到，发送端发送第一个数据包（1-1000），没有等待对应的确认应答包，就继续发送第二个数据包（1001-2000）和第三个包（2001-3000）。当收到第3个数据包的确认应答包时，会连续发送3个数据包（3001-4000，4001-5000，5001-6000）。当收到第6个数据包的确认应答包时，又会发送3个数据包（6001-7000，7001-8000，8001-9000）。

以这种方式发送，就可以省去多个数据包（第1、2、4、5、7、8个）的确认应答包时间，从而避免了网络的吞吐量的降低。

窗口大小指的是可以发送数据包的最大数量。在实际使用中，它可以分为两部分。第一部分表示数据包已经发送，但未得到确认应答包；第二部分表示允许发送，但未发送的数据包。在进行数据包发送时，当发送了最大数量的数据包（窗口大小数据包），有时不会同时收到这些数据包的确认应答包，而是收到部分确认应答包。

那么，此时窗口就通过滑动的方式，向后移动，确保下一次发送仍然可以发送窗口大小的数据包。这样的发送方式被称为滑动窗口机制。设置窗口大小为 3，滑动窗口机制原理如图所示。

上图中，每 1000 个字节表示一个数据包。发送端同时发送了 3 个数据包（2001-5000），接收端响应的确认应答包为“下一个发送4001”，表示接收端成功响应了前两个数据包，没有响应最后一个数据包。此时，最后一个数据包要保留在窗口中。

由于窗口大小为 3，发送端除了最后一个包以外，还可以继续发送下两个数据包（5001-6000 和 6001-7000）。窗口滑动到 7001 处。

数据重发

在进行数据包传输时，难免会出现数据丢失情况。这种情况一般分为两种。

第一种，如果未使用滑动窗口机制，发送的数据包没有收到确认应答包，那么数据都会被重发；如果使用了滑动窗口机制，即使确认应答包丢失，也不会导致数据包重发。

第二种，发送的数据包丢失，将导致数据包重发。

下面详细介绍使用滑动窗口机制的两种情况。

确认应答包丢失

这种情况指的是前面发送的数据包没有收到对应的确认应答。当收到后面数据包的确认应答包，表示前面的数据包已经成功被接收端接收了，发送端不需要重新发送前面的数据包了。如图所示

下面分为 5 部分对上图进行讲解。

1.发送端第 1 次发送数据包：这里设置的窗口大小为 3，可以最大发送 3 个数据包。发送端同时发送 3 个数据包 1-1000、1001-2000 和 2001-3000。

2.接收端返回确认应答包：接收端接收到这些数据，并给出确认应答包。数据包 1-1000 和数据包 2001-3000 的确认应答包没有丢失，但是数据包 1001-2000 的确认应答包丢失了。

3.发送端第 2 次发送数据包：发送端收到接收端发来的确认应答包，虽然没有收到数据包 1001-2000 的确认应答包，但是收到了数据包 2001-3000 的确认应答包。判断第一次发送的 3 个数据包都成功到达了接收端。再次发送 3 个数据包 3001-4000、4001-5000 和 5001-6000。

4.接收端返回确认应答包：接收端接收到这些数据，并给出确认应答包。数据包 3001-4000 和数据包 4001-5000 的确认应答包丢失了，但是数据包 5001-6000 没有丢失。

5.发送端第 3 次发送数据包：发送端收到接收端发来的确认应答包，查看到数据包 5001-6000 收到了确认应答包。判断第 2 次发送的 3 个数据包都成功到达了接收端。再次发送 3 个数据包 6001-7000、7001-8000 和 8001-9000。

发送数据包丢失

这种情况指的是发送端发送的部分数据包没有达到接收端。那么，如果在接收端收到的数据包，不是本应该要接收的数据包，那么就会给发送端返回消息，告诉发送端自己应该接收的数据包。

如果发送端连续收到 3 次这样的数据包，就认为该数据包成功发送到接收端，这时就开始重发该数据包。如图所示。

下面分为 7 部分对上图进行讲解。

1.发送端发送数据包：这里窗口大小为 4，发送端发送 4 个数据包，分别为 1-1000、1001-2000、2001-3000 和 3001-4000。

2.接收端返回确认应答包：接收端接收到这些数据，并给出确认应答包。接收端收到了数据包 1-1000，返回了确认应答包；收到了数据包 1001-2000，返回了确认应答包；但是数据包 2001-3000，在发送过程中丢失了，没有成功到达接收端。数据包 3001-4000 没有丢失，成功到达了接收端，但是该数据包不是接收端应该接收的数据包，数据包 2001-3000 才是真正应该接收的数据包。因此收到数据包 3001-4000 以后，接收端第一次返回下一个应该发送 2001 的数据包的确认应答包。

3.发送端发送数据包：发送端仍然继续向接收端发送 4 个数据包，分别为 4001-5000、5001-6000、6001-7000 和 7001-8000。

4.接收端返回确认应答包：接收端接收到这些数据，并给出确认应答包。当接收端收到数据包 4001-5000 时，发现不是自己应该接收的数据包 2001-3000，第二次返回下一个应该发送 2001 的数据包的确认应答包。当接收端收到数据包 5001-6000 时，仍然发现不是自己应该接收的数据包 2001-3000，第三次返回下一个应该发送 2001 的数据包的确认应答包。以此类推直到接收完所有数据包，接收端都返回下一个应该发送 2001 的数据包的确认应答包。

5.发送端重发数据包：发送端连续 3 次收到接收端发来的下一个应该发送 2001 的数据包的确认应答包，认为数据包 2001-3000 丢失了，就进行重发该数据包。

6.接收端收到重发数据包：接收端收到重发数据包以后，查看这次是自己应该接收的数据包 2001-3000，并返回确认应答包，告诉发送端，下一个该接收 8001 的数据包了。

7.发送端发送数据包：发送端收到确认应答包后，继续发送窗口大小为 4 的数据包，分别为 8001-9000、9001-10000、10001-11000 和 11001-12000。

总结

TCP滑动窗口主要是为了控制流量，发送方的窗口大小取决于接收方处理数据的能力，表示可以发送的最大数据量。

窗口主要分为两个部分：第一部分表示数据包已经发送，但未得到确认应答包；第二部分表示允许发送，但未发送的数据包。

在获取到确认应答包后，滑动窗口才会移动相应距离