一、滑动窗口的来由

二、滑动窗口

1、滑动窗口模型

2、滑动窗口可能出现的状况

(1) 客户端发送的报文丢了（快重传机制）

(2) 服务端发送的ACK丢了（先收到了排序靠后的ACK）

三、滑动窗口大小为0时，何时才能继续发送数据？

1、策略一：发送方定期发送不携带数据的报文

2、策略二：接收方缓冲区一旦更新立马通知发送方

四、总结

一、滑动窗口的来由

TCP由于存在确认应答机制，在一方发出一条消息以后，另一方要发送ACK表明自己收到消息。如果按照下面这种形式，每次收到ACK才发出下一条消息，这种一发一收的效率太低。但是如果客户端不急着接收ACK，可以利用等待ACK的空挡直接发送下一批数据，这样就可以做到短时间内发送多批数据。这就是滑动窗口的基本思想。

窗口大小就是这几批数据的所占字节数，以下面这个为例，窗口大小就是3000。在发送前三批数据的时候，可以不用等待ACK直接发送。

注意：一次不能发送太多，因为要看对方接收缓冲区的接受能力。

二、滑动窗口

假设发送缓冲区是一个大数组，数组的每一个位置是以字节为单位的。我们将发送缓冲区分为三个部分：

第一部分是存放已经发送而且收到ACK的数据，假设是0~1000个字节；

第二部分存放准备发送或者已经发送但没有收到ACK的数据，假设是1001~4000个字节；

第三部分存放尚未发送的数据（短时间内不会发送），假设是4001~ 5000 个字节；

1、滑动窗口模型

滑动窗口控制着我们每次所能发送的数据量，避免发送的数据量超出对方的接收能力。滑动窗口滑动的基本思想如下：

(1) 客户端将1001~4000 的数据分三批发送，即1001~2000、2001~3000、3001~4000。当客户端收到了1001~2000的ACK时，此时滑动窗口的左边界向右移动1000个字节；

(2) 如果ACK报文中的“16位窗口大小”的字段表明对方的接收缓冲区剩余空间为500字节，说明接收方还能再发500字节，那么滑动窗口的右边界向右移动500字节.

因此，滑动窗口就结果而言，看起来像是在滑动，其本质是根据是否收到ACK以及对方接收缓冲区的大小来移动左右边界。

2、滑动窗口可能出现的状况

上面只是做了一个简单的介绍，实际过程中可能会遇到很多种情况，这里我们从两个问题来了解滑动窗口的作用过程：第一个点是，中间的报文丢了，即2001~3000的报文丢了；第二个点是后发送的先收到了ACK，即没有收到2001~3000，但是收到了3001~4000的报文的ACK。

(1) 客户端发送的报文丢了（快重传机制）

ACK确认应答机制中有一个很关键的点就是，接收方必须是按序回复。假设服务端收到了1001~2000、3001~4000的数据，但是没有收到2001~3000的数据。

- 服务端收到了1001~2000的数据，那就回复确认序号2001+ACK，表明2001之前的数据已经全部收到，下一次从2001的字节位置开始发；

- 服务端没有收到2001~3000，此时服务端不会发送ACK；

- 服务端即便收到了3001~4000的数据，等了一段时间依然没有收到2001~3000的数据，说明2001~3000的报文丢了。此时发送的确认序号不是4001，而是2001，表明目前只收到了2001之前的数据。

现在站在客户端的角度，客户端如果连续多次（一般是连续三次）收到了2001的确认应答，说明序号为2001之后的报文丢了，此时就会重传2001~3000的报文。服务端收到2001~3000的报文以后，由于之前已经收到了3001~4000 的报文（暂时存放在接收缓冲区），那么服务端相当于已经收到了全部的报文，此时服务端发送的确认序号是 4001，表明4001之前的报文已经全部收到，下一次可以从第4001个位置开始发。

这种重发机制被称为“快重传”，与超时重传不同的是，超时重传是等待60s以后还没有收到ACK，此时客户端就会重新发送报文；而快重传更注重效率，只要收到多个相同的确认序号，就立马重传。

(2) 服务端发送的ACK丢了（先收到了排序靠后的ACK）

现在服务端是正常收到了三批数据，并一一发送确认应答，但是客户端仅收到了1001~2000、3001~4000的ACK，说明2001~3000要么丢了，要么因为网络状况延迟到达。

- 客户端收到了1001~2000，此时滑动窗口的左边界向左移动1000个字节；根据缓冲区剩余空间大小移动右边界。

- 客户端没有收到2001~3000，但是收到了3001~4000的ACK。没关系，因为服务端必须是按序号回复的，如果服务端没有收到2001~3000的数据，根本不会发送3001~4000的ACK，因此可以认为服务端已经收到了三批数据。此时滑动窗口的左边界向左移动至4001，同时根据对方接收缓冲区剩余空间大小移动右边界。

三、滑动窗口大小为0时，何时才能继续发送数据？

如果对方上层的处理速度较慢，导致对方接收缓冲区里的数据没有被取走，滑动窗口只有左边界在移动，滑动窗口的大小很快就会变成0。为了应对这种情况，TCP有两种策略。

1、策略一：发送方定期发送不携带数据的报文

发送方定期可以发送一个不携带数据的报文，报文不携带数据，也就不会占用服务端的缓冲区，接收方返回的ACK中会携带窗口大小，以此来判断是否可以继续发送数据。

2、策略二：接收方缓冲区一旦更新立马通知发送方

接收方的上层把数据取走的时候，服务端主动发送一个窗口更新的通知报文，该报文不携带任何数据，只是在报文首部设置了16位窗口大小

注意：在实际使用时，一般是两种方式同时使用。

四、总结

第一，滑动窗口是发送缓冲区的一部分，控制着每次所能发送数据量的最大值。

第二，滑动窗口的大小跟对方的接收能力有关，滑动窗口的大小不是固定的。如果对方上层一直不读取数据，对方的缓冲区剩余空间大小一直在减少，滑动窗口的大小也一直在减小。（其实接收能力还跟网络状况有关，这个就留到TCP拥塞控制说明）

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(2) 服务端发送的ACK丢了（先收到了排序靠后的ACK）

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