1 TCP可靠传输的实现

1.1 以字节为单位的滑动窗口

TCP滑动窗口以字节为单位。如下图：

滑动窗口

在网络传输中，逻辑表述分别是：左边界，右边界。
A收到B的确认好是31，这表示B已经成功接受前面30个字节的数据，即发送窗口后沿部分。并告诉A发送窗口大小为20个字节。

发送窗口的含义是：A接下来可以把窗口内的数据都发送出去。而且在A未收到B的确认前，A将根据超时重传机制，重发窗口内的数据（暂存未收到确认的数据，并设置计时器）。注意：A的发送窗口大小不能超过B的接受窗口的大小。

1.2 窗口后沿、前沿

发送窗口的位置，右前沿和后沿共同确定。例子中：窗口大小为：31 - 50 ,供20个字节。

后沿位置有两种情况：

• 后沿不动
  表示一直没收到确认信息。
• 后沿向前移动
  表示收到了发送窗口内的连续确认信息。

注意：后沿窗口不可能向后移动，这是因为不可能撤销已经确认的信息

前沿位置有可能也有两种情况：

• 向前移动
  正常收到确认信息，通知的窗口大小不变，或者变大。
  比如：收到2个字节的确认，即使通知的窗口大小不变，前沿也会向前移动2个字节。
• 不动
  1，没有收到确认消息，对方通知的窗口大小也不变；
  2，收到确认消息，但是对方通知的窗口变小
  例如：收到2个字节的确认，通知窗口大小减少2个字节。这种情况下窗口大小刚好不变。
• 向后收缩
  例如：收到2个字节的确认，但是对方的通知窗口大小减少3个字节。导致前沿位置向后收缩。

TCP标准强烈不赞成这样做。

1.2.1 滑动窗口原理

滑动窗口例子

1.2.1.1 发送方

一个发送窗口的状态需要三个指针：P1,P2,P3;指针都指向字节的序号。几个部分的意义如下：

P₃ - P₁ = A发送窗口的大小；

P₃ - P₂ = 尚未发送的字节数，表示A的可用窗口；

P₂ - P₁ = 已发送，未收到确认的字节数；

1.2.1.2 接收方

如果B收到了序号为32,33的两个数据，所以，A的数据没有顺到达，序号为31的数据没有收到。B发送的确认报文段中，确认号仍然是31。

假如B收到了31序号的数据，那么B将31,32,33三个字节的数据交付上层应用程序。并从接收缓存中删除这些数据，并在返回报文中奖确认号修改为34（下次想收到的第一个字节的序号）。

当A收到确认报文后，将发送窗口向前移动3个字节，但指针P₂不动。A的可用窗口变大了。

如下图所示，B的接收窗口前沿和A的发送窗口前沿都向前滑动了3个字节。并且B还收到了序号为37，38，40的字节。但因为不是连续的字节，并且起始序号不是34，所以B在接收缓存中缓存这部分数据。

B收到了连续的31,32,33序号的字节数据

A继续发送完序号42-53的数据后，P₂移动到和P₃重合。这是A的可用窗口变为0，停止发送数据。

异常情况：A成功发送42-53的数据，B也收到了这些数据，并且B也给出了确认号为53的数据。但是因为B的确认信息，一直滞留在网络中。当A等待的时间，超过超时重传机制设置的定时器时间时，A将重传42-53的数据。知道收到B的确认号位置。

注意

B可以返回连续接收到的最大序号+1，作为确认号回复给A。

例如：B成功接收到34-40序号的数据（上次B缓存了37，38，40，然后B又收到了34，35，36序号的

字节的报文），B会给出去确认号为41的确认报文。A收到B确认号为41的报文后，A的发送窗口

前沿将向前移动7个字节，即P2不懂，待在54的地方，P3移动到61的地方。同理，P1移动到41

的位置（即B发送的确认号）。

从上面看得出来，A的可用窗口的大小表示A可以发送的字节数。B的P1指针是B返回的最新的确认号。

1.3 TCP缓存

缓存和窗口的关系

发送缓存和接收缓存的大小都有限制，并可以重复使用。

1.3.1 发送缓存

从上图可以看出，发送缓存和发送窗口的后沿重合，并且被确认的数据应该从发送缓存中移除。
一般的关系是：

已发送 < 发送窗口 < 发送缓存

发送缓存用来存放：

1，发送应用程序传递给发送方TCP准备发送的数据；
2，TCP已发送，但是没有收到的确认的数据。

1.3.2 接收缓存

接收缓存用来存放：

1，按序到达，还未被接收应用程序读取的数据；
2，未按序到达的数据。

接收窗口的大小收到接收应用程序读取数据的速度，如果来不得读取，则接收缓存为被填满，而使接收窗口变为0。所以，接收应用程序读取数据的速度越快，接收窗口会越大。但是最大不能超过接收缓存的大小。