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一、流量控制

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1.1 什么是流量控制

Sender won’t overflow receiver’s buffer by transmitting too much, too fast. （防止發(fā)送方發(fā)的太快，耗盡接收方的資源，從而使接收方來不及處理）

1.2 流量控制的一些知識(shí)點(diǎn)

（1）接收端抑制發(fā)送端的依據(jù)：接收端緩沖區(qū)的大小
（2）流量控制的目標(biāo)是接收端，是怕接收端來不及處理
（3）流量控制的機(jī)制是丟包

1.3 怎么樣實(shí)現(xiàn)流量控制？

使用滑動(dòng)窗口

1.4 滑動(dòng)窗口

滑動(dòng)窗口是什么？

滑動(dòng)窗口是類似于一個(gè)窗口一樣的東西，是用來告訴發(fā)送端可以發(fā)送數(shù)據(jù)的大小或者說是窗口標(biāo)記了接收端緩沖區(qū)的大小，這樣就可以實(shí)現(xiàn)批量發(fā)送數(shù)據(jù)

為什么會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)窗口

在確認(rèn)應(yīng)答策略中，對每一個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)段，都要給一個(gè)ACK確認(rèn)應(yīng)答，收到ACK后再發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)段，這樣做有一個(gè)比較大的缺點(diǎn)，就是性能比較差，尤其是數(shù)據(jù)往返的時(shí)間長的時(shí)候

使用滑動(dòng)窗口，就可以一次發(fā)送多條數(shù)據(jù)，從而就提高了性能

滑動(dòng)窗口原理

TCP中采用滑動(dòng)窗口來進(jìn)行流量控制，滑動(dòng)窗口的大小意味著接收方還有多大的緩沖區(qū)可以用于接收數(shù)據(jù)。發(fā)送方可以通過滑動(dòng)窗口的大小來確定應(yīng)該發(fā)送多少字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)滑動(dòng)窗口為0時(shí)，發(fā)送方一般不能再發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)。

滑動(dòng)窗口協(xié)議的基本原理就是在任意時(shí)刻，發(fā)送方都維持了一個(gè)連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號(hào)，稱為發(fā)送窗口；同時(shí)，接收方也維持了一個(gè)連續(xù)的允許接收的幀的序號(hào)，稱為接收窗口。發(fā)送窗口和接收窗口的序號(hào)的上下界不一定要一樣，甚至大小也可以不同。不同的滑動(dòng)窗口協(xié)議窗口大小一般不同。發(fā)送方窗口內(nèi)的序列號(hào)代表了那些已經(jīng)被發(fā)送，但是還沒有被確認(rèn)的幀，或者是那些可以被發(fā)送的幀。

（1）接收端將自己可以接收的緩沖區(qū)大小放入TCP首部中的“窗口大小”字段，通過ACK來通知發(fā)送端
（2）窗口大小字段越大，說明網(wǎng)絡(luò)的吞吐率越高
（3）窗口大小指的是無需等待確認(rèn)應(yīng)答而可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的最大值，即就是說不需要接收端的應(yīng)答，可以一次連續(xù)的發(fā)送數(shù)據(jù)
（4）操作系統(tǒng)內(nèi)核為了維護(hù)滑動(dòng)窗口，需要開辟發(fā)送緩沖區(qū)，來記錄當(dāng)前還有那些數(shù)據(jù)沒有應(yīng)答，只有確認(rèn)應(yīng)答過的數(shù)據(jù)，才能從緩沖區(qū)刪掉

ps：發(fā)送緩沖區(qū)如果太大，就會(huì)有空間開銷

（5）接收端一旦發(fā)現(xiàn)自己的緩沖區(qū)快滿了，就會(huì)將窗口大小設(shè)置成一個(gè)更小的值通知給發(fā)送端，發(fā)送端收到這個(gè)值后，就會(huì)減慢自己的發(fā)送速度
（6）如果接收端發(fā)現(xiàn)自己的緩沖區(qū)滿了，就會(huì)將窗口的大小設(shè)置為0，此時(shí)發(fā)送端將不再發(fā)送數(shù)據(jù)，但是需要定期發(fā)送一個(gè)窗口探測數(shù)據(jù)段，使接收端把窗口大小告訴發(fā)送端
ps：在TCP的首部中，有一個(gè)16為窗口字段，此字段就是用來存放窗口大小信息的

滑動(dòng)窗口的優(yōu)點(diǎn)

可以高效可靠的發(fā)送大量的數(shù)據(jù)

1.1 超時(shí)重傳

TCP服務(wù)必須能夠重傳超時(shí)時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)報(bào)文段的TCP報(bào)文段。TCP為每個(gè)TCP模塊都維護(hù)了一個(gè)重傳定時(shí)器，定時(shí)器在第一次發(fā)送TCP報(bào)文段時(shí)啟動(dòng)，如果超時(shí)時(shí)間內(nèi)未收到接收方的確認(rèn)號(hào)報(bào)文段，TCP模塊將重傳TCP報(bào)文段并重置定時(shí)器。 至于下次重傳的超時(shí)時(shí)間如何選擇，以及最多重傳幾次，這是TCP的重傳策略。 與TCP超時(shí)重連的策略相似。

流量控制的處理過程：

TCP連接階段，雙方協(xié)商窗口尺寸，同時(shí)接收方預(yù)留數(shù)據(jù)緩存區(qū)；

發(fā)送方根據(jù)協(xié)商的結(jié)果，發(fā)送符合窗口尺寸的數(shù)據(jù)字節(jié)流，并等待對方的確認(rèn)；

發(fā)送方根據(jù)確認(rèn)信息，改變窗口的尺寸，增加或者減少發(fā)送未得到確認(rèn)的字節(jié)流中的字節(jié)數(shù)。調(diào)整過程包括：如果出現(xiàn)發(fā)送擁塞，發(fā)送窗口縮小為原來的一半，同時(shí)將超時(shí)重傳的時(shí)間間隔擴(kuò)大一倍。

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2、擁塞控制

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2.1 什么是擁塞控制

too many sources sending too much data too fast for network to handle
防止發(fā)送方發(fā)的太快，使得網(wǎng)絡(luò)來不及處理，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞

流量控制雖然可以高效可靠的傳送大量的數(shù)據(jù)，但是如果在剛開始階段就發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)太多了。
TCP模塊為了防止過多的數(shù)據(jù)注入網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)中的路由器或鏈路不致于過載。以此提高網(wǎng)絡(luò)利用率，降低丟包率，并抱證網(wǎng)絡(luò)資源對每條數(shù)據(jù)流的公平性而采取的控制手段。

2.2 擁塞控制的實(shí)現(xiàn)

擁塞控制包含四部分內(nèi)容：慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳、快速恢復(fù)。

• 慢啟動(dòng)： 網(wǎng)絡(luò)傳輸剛開始時(shí)，并不知道網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，所以采取一種試探的方式控制數(shù)據(jù)的發(fā)送速率。慢啟動(dòng)階段，數(shù)據(jù)的發(fā)送速率以指數(shù)方式增長，即就是擁塞窗口的增長，每次都是收到確認(rèn)報(bào)文段數(shù)量的2倍。可以看出慢啟動(dòng)并不慢，擁塞窗口增長的速度很快。所以，為其設(shè)置了一個(gè)慢啟動(dòng)門限，當(dāng)達(dá)到門限時(shí)，就進(jìn)入到擁塞避免階段。

• 擁塞避免： 當(dāng)擁塞窗口的大小采用慢啟動(dòng)方式增長到慢啟動(dòng)門限時(shí)，就進(jìn)入擁塞避免階段，擁塞避免階段不再以指數(shù)形式增長擁塞窗口，而是每經(jīng)過一個(gè)往返時(shí)間RTT就將發(fā)送方的擁塞窗口+1， 使其增長速度減緩。按照線性方式增長。如果發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，比如丟包時(shí)，就將慢啟動(dòng)門限設(shè)為原來的一半，然后將擁塞窗口設(shè)置為1，開始執(zhí)行慢啟動(dòng)算法。（較低的起點(diǎn)，指數(shù)級(jí)增長）。

• 快速重傳： 假設(shè)發(fā)送方發(fā)送的報(bào)文段分別為： M1,M2,M3,M4,M5,M6 , 當(dāng)接收方收到M1和M2后，M3報(bào)文段丟失，接著收到的M4，M5，M6都不做處理，而是沒接收到一個(gè)報(bào)文段就對M2重復(fù)確認(rèn)，發(fā)送方接收到重復(fù)的三次確認(rèn)報(bào)文段，就對其后的報(bào)文段進(jìn)行重新發(fā)送，而不需要等待超時(shí)時(shí)間到達(dá)。當(dāng)快速重傳后，立即進(jìn)入到快速恢復(fù)階段。

• 快速恢復(fù)：將慢啟動(dòng)門限設(shè)置為原來的一半，然后將擁塞窗口設(shè)置為現(xiàn)在的慢啟動(dòng)門限值，不再執(zhí)行慢啟動(dòng)算法，而是直接進(jìn)入擁塞避免階段。使發(fā)送窗口成線性方式增大。

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3、流量控制&擁塞控制的聯(lián)系與區(qū)別

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3.1 相同點(diǎn)

（1）現(xiàn)象都是丟包；
（2）實(shí)現(xiàn)機(jī)制都是讓發(fā)送方發(fā)的慢一點(diǎn)，發(fā)的少一點(diǎn)

3.2 不同點(diǎn)

（1）丟包位置不同 流量控制丟包位置是在接收端上 擁塞控制丟包位置是在路由器上
（2）作用的對象不同 流量控制的對象是接收方，怕發(fā)送方發(fā)的太快，使得接收方來不及處理 擁塞控制的對象是網(wǎng)絡(luò)，怕發(fā)送方發(fā)的太快，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，使得網(wǎng)絡(luò)來不及處理

3.3 聯(lián)系

• 擁塞控制
  擁塞控制通常表示的是一個(gè)全局性的過程，它會(huì)涉及到網(wǎng)絡(luò)中所有的主機(jī)、
  所有的路由器和降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的所有因素

• 流量控制
  流量控制發(fā)生在發(fā)送端和接收端之間，只是點(diǎn)到點(diǎn)之間的控制

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的TCP协议——流量控制和拥塞控制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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