TCP滑动窗口机制与原理详解

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；另一种是滑动的窗口。

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许接收。这样通过调整发送方窗口和接收方窗口的大小可以实现流量控制。

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。

注意：下面的内容不仅仅只是讲解了“TCP滑动窗口机制与原理”，也阐述了“TCP固定窗口协议与TCP滑动窗口协议的区别”，以及“TCP固定窗口协议与TCP滑动窗口协议的优缺点”。

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？

问：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？

答：TCP固定窗口协议。

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，直到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？

问：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？

答：TCP滑动窗口协议。

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：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。