TCP滑动窗口和流控

TCP的滑动窗口是一个很重要的概念，也是很晦涩的一个知识点。下面就大概介绍下TCP滑动窗口为什么出现？它是怎么工作的的？

什么是TCP窗口

首先，要理解，client和server各自协议栈都有自己的buffer，应用层读写数据的源都是协议栈buffer里。以接收端为例，应用程序调用read()时，会从buffer里移走数据到用户空间，应用程序读的速度越快(read(1024)必然比read(1)要快)，那么buffer里的内容消费的越快，buffer也会越空。那么TCP就可以告诉client，我现在很闲，你可以发送更多的数据来。"更多"是多少？这就说窗口，窗口就是量化接收端和服务端当前能处理数据的能力。

TCP窗口是如何工作的

client和server端建立连接后，client会告诉server，自己的"接收窗口"大小(自己能接收多少的数据，受上面所说的buffer影响)，server端接收到client的"接收窗口"大小，就会变成server端自己的"发送窗口"大小。同样的，server端告诉client自己的"接收窗口"大小，就会变成客户端的"发送窗口"大小。

为了理解TCP的窗口大小是怎么样变化的，我们先需要理解它的含义。最简单的方式就是认为窗口大小"意味着接收方能接收数据的大小"，这也是说接收端设备再应用程序读取buffer中数据之前，能从对端连接处理多少数据。比如说server端窗口大小是360，那么就意味着server端一次只能从客户端接收不超过360bytes的数据。当server端收到数据，它会将数据放到buffer里，然后server端必须对这份数据做两件事

1. server端必须发送一个 ACK 到client端来确认数据已经收到

2. server端必须处理这份数据，把它交给对应的应用程序

要区分上面两件事对理解窗口很重要，接收方收到数据后会确认，但是数据并不一定是里面就是从buffer里取出的，这是受应用层逻辑控制的。所以很有可能如果接收数据过快，而取出数据更慢，就会导致buffer满。一旦这种情况发生，窗口大小就开始调整来防止接收方负载过高。

正是因为窗口大小的调整可以用来调节数据传输的速率，所以就可以实现TCP的流控，在传输层的流控就是典型的例子，流控对于TCP的通信是很重要的，通过增大或者减小窗口的大小，client和server各自确保彼此设备发数据和收数据平衡。

通过TCP窗口实现流控

下面举一个例子，来看TCP窗口大小变化怎样实现流控。client端和server端已经三次握手建立TCP连接，总窗口大小是TCP建立连接时候确定的。黑色框代表client和server总的窗口大小，红色框代表实际可用的窗口大小。初始化的时候默认client和server总窗口和可用端口分别都是360。另外，假设Client总共只发送360bytes数据，所以总窗口大小不会往前移动。

client 发送140bytes到server端，Seq=1，Length=140；可用窗口大小往前移动，变成260bytes，总窗口大小不变，依然是360。这中间的120是已发送，等待确认;

server端收到140bytes，放入buffer中，但是应用程序很繁忙，只取出100个字节。这时候可用窗口大小: 260(360-100)。接着server端要给client发确认，Ack=141，Window=260。黑框左边缘向前移动，表示140字节已经确认收到，但是应用程序太慢，处理很忙导致我现在只能处理260bytes(回顾下上面server端收到数据要做的两件事);

client收到来自server端的ack回应，首先总窗口左边缘向前移动，表示第一步的140bytes server已经收到，剩下260数据。接着被告知server的可接收窗口是260，client就调整自己的发送窗口是260，表示一次发数据不能超过260;

client发送180bytes，可用窗口变成80(260-180)，等待确认发送的180bytes;

server收到180bytes，放入buffer中，应用程序依然很繁忙，这次一个字节都不处理。此时可用窗口大小:80(260-180)，然后发180 ack给client，并告知窗口大小80;

client收到ack，确认之前发送的180已经到达，剩余数据还有80字节。被告知server端接收窗口大小是80，调整自己的发送窗口大小为80

client发送80bytes，可用窗口变成0(80-80)，等待确认发送的80bytes;

server收到180bytes，放入buffer中，应用程序依然很繁忙，一个字节都不处理。此时可用窗口大小:80(80-80)，然后发80 ack给client，并告知窗口大小0;

client收到ack，确认之前发送的80已经到达。被告知server端接收窗口大小是0，调整自己的发送窗口大小为0，此时无论client是否还有数据要发送，都不能再发了。

总结

窗口就是量化接收端和服务端当前能处理数据的能力。个人理解，如发现接收端的窗口越来越小，或者越来越大，都可能会有问题。

1. 接收端的窗口越来越小，那么就是接收端处理不过来(1.发的程序太快，太多;2.收的程序太慢，太少;3.发端带宽比收端带宽更大)，会导致接收端发送给发送端的窗口变小，从而发送端调整发送窗口大小，降低发送速度，网络流量就会下降。

2. 接收端的窗口越来越大，那么就是发送端处理不过来(1.收的程序太快，太多;2.发的程序太慢，太少;3.发端带宽比收端带宽更小)，会导致接收端发送给发送端的窗口变大，从而发送端调整发送窗口大小，增加发送速度，网络流量就会升高。