TCP的发送过程由滑动窗口控制，而滑动窗口的大小受限于发送窗口和拥塞窗口，拥塞窗口由拥塞控制算法的代表，而发送窗口是流量控制算法的代表，这篇笔记记录了发送窗口相关的内容，包括发送窗口的初始化、更新、以及它是如何影响数据发送过程的。

1. 概述

TCP的发送窗口可以用下图表示：

如图所示，TCB中有三个成员和发送窗口强相关。

struct tcp_sock {...//下一个要发送的序号，即序号等于snd_nxt的数据还没有发送u32   snd_nxt;    /* Next sequence we send        *///已经发送，但是还没有被确认的最小序号，注意序号等于snd_una的数据已经发送，//最想收到的确认号要大于snd_una。但是有一个特殊情况，如果发送的所有数据都//已经被确认，那么snd_una将等于下一个要发送的数据，即snd_una代表的数据还//没有发送，见下面tcp_ack()更新snd_una就可以理解这一点了u32  snd_una;    /* First byte we want an ack for    *///发送窗口大小，以字节为单位，来源于输入段首部的窗口字段，即对端接收缓冲区的剩余大小u32   snd_wnd;    /* The window we expect to receive  *///记录到目前为止对端通告过的窗口的最大值，可以代表对端接收缓冲区的最大值u32   max_window; /* Maximal window ever seen from peer   *///写系统调用一旦成功返回，说明数据一被TCP协议接收，这时就要为每一个数据分配一个序号，//write_seq就是下一个要分配的序号，其初始值由secure_tcp_sequence_number()基于//算法生成。注意等于write_seq的序号还没有被分配u32   write_seq;  /* Tail(+1) of data held in tcp send buffer */
...
};

2. snd_una和snd_wnd的更新

snd_una是发送窗口的左边界，如果该字段更新，即使发送窗口大小snd_wnd没有发生变化，整个发送窗口也会前移，这样从流量控制的角度，就可以发送更多的数据（是否真的可以发送，还要考虑拥塞窗口等其它因素）。

2.1 初始化

可以想的到，snd_una的初始化一定发生在第一个数据段发送过程中，而snd_wnd的初始化应该是发生在第一个输入段处理过程中，所以需要客户端和服务器端分开来看。

2.1.1 客户端初始化

客户端对snd_una的初始化当然是发生在SYN段的发送过程中，相关代码如下：

int tcp_v4_connect(struct sock *sk, struct sockaddr *uaddr, int addr_len)
{...//选择初始发送序号if (!tp->write_seq)tp->write_seq = secure_tcp_sequence_number(inet->saddr,inet->daddr,inet->sport,usin->sin_port);
...
}
static void tcp_connect_init(struct sock *sk)
{...//发送窗口大小要从输入段首部的窗口字段获取，这时还没有任何输入段，先初始化为0tp->snd_wnd = 0;//初始化snd_una为第一个序号，该函数之后write_seq将会分配给SYN段tp->snd_una = tp->write_seq;
...
}

对snd_wnd的初始化发生在收到SYN+ACK段时，相关代码如下：

static int tcp_rcv_synsent_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,struct tcphdr *th, unsigned len)
{...if (th->ack) {...tp->snd_wnd = ntohs(th->window);
...}
}

2.1.2 服务器端初始化

正面理解的话，服务器端对snd_una的初始化应该是发生在发送SYN+ACK段时，但是实际上不是，而是发生在收到第三次握手的ACK段时。如笔记TCP之服务器端收到ACK包所述，三次握手完成后，创建了子套接字，然后在tcp_child_process()中会继续调用tcp_rcv_state_process()处理ACK报文，代码如下：

int tcp_child_process(struct sock *parent, struct sock *child,struct sk_buff *skb)
{int ret = 0;int state = child->sk_state;//如果用户进程没有锁住child，则让child重新处理该ACK报文，这可以让child//套接字由TCP_SYN_RECV迁移到TCP_ESTABLISH状态if (!sock_owned_by_user(child)) {//见下文ret = tcp_rcv_state_process(child, skb, tcp_hdr(skb),skb->len);/* Wakeup parent, send SIGIO *///child套接字状态发生了迁移，唤醒监听套接字上的进程，可能由于调用accept()而blockif (state == TCP_SYN_RECV && child->sk_state != state)parent->sk_data_ready(parent, 0);} else {/* Alas, it is possible again, because we do lookup* in main socket hash table and lock on listening* socket does not protect us more.*///缓存该skb后续处理sk_add_backlog(child, skb);}bh_unlock_sock(child);sock_put(child);return ret;
}int tcp_rcv_state_process(struct sock *sk, struct sk_buff *skb,struct tcphdr *th, unsigned len)
{.../* step 5: check the ACK field */if (th->ack) {int acceptable = tcp_ack(sk, skb, FLAG_SLOWPATH);switch (sk->sk_state) {case TCP_SYN_RECV:if (acceptable) {...tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED);//用ACK段中的确认号初始化本端的snd_unatp->snd_una = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq;//用输入报文的窗口字段初始化发送窗口大小tp->snd_wnd = ntohs(th->window) <<tp->rx_opt.snd_wscale;
...}break;
...}//end of switch()} elsegoto discard;
...return 0;
}

2.2 传输过程中更新

显然，数据传输过程中，应该在收到ACK后更新snd_una和snd_wnd。如果输入段中携带了ACK，最终都会有tcp_ack()处理确认相关的内容，相关的代码如下：

static int tcp_ack(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, int flag)
{...u32 prior_snd_una = tp->snd_una;u32 ack = TCP_SKB_CB(skb)->ack_seq;
...if (!(flag & FLAG_SLOWPATH) && after(ack, prior_snd_una)) {...//快速路径情况，用ack更新snd_una，由于快速路径，所以通告的窗口大小一定//没有发生变化，所以不需要更新snd_wndtp->snd_una = ack;flag |= FLAG_WIN_UPDATE;
...} else {...//慢速路径下，调用函数更新窗口flag |= tcp_ack_update_window(sk, skb, ack, ack_seq);
...}
...
}/* Update our send window.** Window update algorithm, described in RFC793/RFC1122 (used in linux-2.2* and in FreeBSD. NetBSD's one is even worse.) is wrong.*/
static int tcp_ack_update_window(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, u32 ack,u32 ack_seq)
{struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);int flag = 0;u32 nwin = ntohs(tcp_hdr(skb)->window);if (likely(!tcp_hdr(skb)->syn))nwin <<= tp->rx_opt.snd_wscale;if (tcp_may_update_window(tp, ack, ack_seq, nwin)) {flag |= FLAG_WIN_UPDATE;tcp_update_wl(tp, ack, ack_seq);if (tp->snd_wnd != nwin) {//更新发送窗口大小tp->snd_wnd = nwin;/* Note, it is the only place, where* fast path is recovered for sending TCP.*/tp->pred_flags = 0;tcp_fast_path_check(sk);//如果通告的最大接收窗口发生变化，更新max_windowif (nwin > tp->max_window) {tp->max_window = nwin;tcp_sync_mss(sk, inet_csk(sk)->icsk_pmtu_cookie);}}}//用ack更新snd_unatp->snd_una = ack;return flag;
}

3. 发送窗口对发送过程的影响

这里要明白的是，发送窗口是实现流量控制的关键，它影响的只有新数据的发送过程，与重传无关，因为重传的数据一定是在对端接收能力之内。

从TCP之数据发送(二)中有看到新数据发送的两个关键函数tcp_write_xmit()和tcp_push_one()，而且二者非常相似，参考之前的笔记中分析的tcp_snd_wnd_test()和tcp_mss_split_point()就可以明白发送窗口是如何影响发送过程的。

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