TCP 滑動窗口協議

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http://www.cnblogs.com/ulihj/archive/2011/01/06/1927613.html



什麼是滑動窗口協議? 
    一圖勝千言,看下面的圖。簡單解釋下,發送和接受方都會維護一個數據幀的序列,這個序列被稱作窗口。發送方的窗口大小由接受方確定,目的在於控制發送速度,以免接受方的緩存不夠大,而導致溢出,同時控制流量也可以避免網絡擁塞。下面圖中的4,5,6號數據幀已經被髮送出去,但是未收到關聯的ACK,7,8,9幀則是等待發送。可以看出發送端的窗口大小爲6,這是由接受端告知的(事實上必須考慮擁塞窗口cwnd,這裏暫且考慮cwnd>rwnd)。此時如果發送端收到4號ACK,則窗口的左邊緣向右收縮,窗口的右邊緣則向右擴展,此時窗口就向前“滑動了”,即數據幀10也可以被髮送。

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    下面就滑動窗口協議做出更詳細的說明,這裏爲了簡單起見設定發送方窗口大小爲2,接受方大小爲1。看下面圖:

pic301
  一:初始態,發送方沒有幀發出,發送窗口前後沿相重合。接收方0號窗口打開,等待接收0號幀; 
  二:發送方打開0號窗口,表示已發出0幀但尚確認返回信息。 此時接收窗口狀態不變; 
  三:發送方打開0、1號窗口,表示0、1號幀均在等待確認之列。至此,發送方打開的窗口數已達規定限度,在未收到新的確認返回幀之 前,發送方將暫停發送新的數據幀。接收窗口此時狀態仍未變; 
  四:接收方已收到0號幀,0號窗口關閉,1號窗口打開,表示準備接收1號幀。此時發送窗口狀態不 變; 
  五:發送方收到接收方發來的0號幀確認返回信息,關閉0號窗口,表示從重發表中刪除0號幀。此時接收窗口狀態仍不變 
  六:發送方繼續發送2號幀,2號窗口 打開,表示2號幀也納入待確認之列。至此,發送方打開的窗口又已達規定限度,在未收到新的確認返回幀之前,發送方將暫停發送新的數據幀,此時接收窗口狀態 仍不變; 
  七:接收方已收到1號幀,1號窗口關閉,2號窗口打開,表示準備接收2號幀。此時發送窗口狀態不變; 
  八:發送方收到接收方發來的1號幀收畢的確認信 息,關閉1號窗口,表示從重發表中刪除1號幀。此時接收窗口狀態仍不變。

 

1比特滑動窗口協議? 
    上面說的只是滑動窗口協議的理論,實際應用中又有不同。首先就是停等協議(stop-and-wait),這時接受方的窗口和發送方的窗口大小都是1,1個比特就夠表示了,所以也叫1比特滑動窗口協議。發送方這時自然發送每次只能發送一個,並且必須等待這個數據包的ACK,才能發送下一個。雖然在效率上比較低,帶寬利用率明顯較低,不過在網絡環境較差,或是帶寬本身很低的情況下,還是適用的。看下面的流程圖:

pic304

 

後退n協議? 
    停等協議雖然實現簡單,也能較好的適用惡劣的網絡環境,但是顯然效率太低。所以有了後退n協議,這也是滑動窗口協議真正的用處,這裏發送的窗口大小爲n,接受方的窗口仍然爲1。具體看下面的圖,這裏假設n=9: 
    首先發送方一口氣發送10個數據幀,前面兩個幀正確返回了,數據幀2出現了錯誤,這時發送方被迫重新發送2-8這7個幀,接受方也必須丟棄之前接受的3-8這幾個幀。 
    後退n協議的好處無疑是提高了效率,但是一旦網絡情況糟糕,則會導致大量數據重發,反而不如上面的停等協議,實際上這是很常見的,具體可以參考TCP擁塞控制。

pic302 

選擇重傳協議? 
    後退n協議的另外一個問題是,當有錯誤幀出現後,總是要重發該幀之後的所有幀,毫無疑問在網絡不是很好的情況下會進一步惡化網絡狀況,重傳協議便是用來解決這個問題。原理也很簡單,接收端總會緩存所有收到的幀,當某個幀出現錯誤時,只會要求重傳這一個幀,只有當某個序號後的所有幀都正確收到後,纔會一起提交給高層應用。重傳協議的缺點在於接受端需要更多的緩存。


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