Linux网络编程系列-TCP传输控制

滑动窗口(sliding window)

滑动窗口是用于流量控制的，发送端根据接收端的处理能力发送数据，不至于造成过多的丢包。 是发送方和接收方间的协调，对方的接收窗口大小就是自己的发送窗口大小。
在TCP头中有一个字段window，这个字段就是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。发送端根据这个字段的值来发送数据，当值为0时就停止发送。
发送端和接收端各自维护着一个窗口，发送的滑动窗口控制可以发送的数据大小，接收端的窗口控制可以接收数据的大小。

发送端：LastByteAcked指向已经被成功接收的位置，LastByteSent指向最后已发送出去的位置，usable window表示发送端还可以发送的数据大小。如上图，发送端还有5个单位数据还未被ack，还可以再发送7个单位的数据。

接收端：LastByteExpected指向接收端收到的连续包的最后一个位置，LastByteRcvd指向收到的包的最后一个位置，waited come表示期望收到的包序列，waited read表示在缓冲区中还未读走的数据，usable window表示缓冲区还能接受的大小。如上图，缓冲区还能接受7个单位的数据，就会把7赋值给tcp头中的window字段。

发送端当收到window为0时，就停止发送数据，会陆续发送3次ZWP（zero window probe）询问接收端是否有可用窗口，接收端会回复可用窗口，如果3次都为0，发送端可能中断链接。

拥塞控制

滑动窗口用于流量控制，避免发送超过接收端处理能力的数据，导致数据丢失，是两端之间的协调。
拥塞控制是TCP用于发送端和网络情况间的协调，和慢启动一起避免恶化网络状况。根据网络延时情况，确定可发送窗口大小。这就抽象出一个拥塞窗口(congestion window)的概念，其最大值是发送窗口大小。
TCP有四个算法来动态调节拥塞窗口(cwnd)大小：

慢启动
连接建立时,cwnd=1
cwnd线性上升，每收到一个ACK，cwnd++
cwnd指数上升，每过一个RTT(round trip time)，cwnd = cwnd * 2
拥塞避免
当cwnd>=ssthresh(slow start threshold)，进入拥塞避免，cwnd的增加算法改成如下：
每收到一个ack，cwnd=cwnd + 1/cwnd，基本不增加
每过一个RTT，cwnd=cwnd + 1，在一个往返时间内最多为 cwnd增加 1 个报文段
拥塞发生（超时RTO，丢包-重复收到同一个包的ACK）
ssthresh = cwnd/2
cwnd = 1，发送端基本不发送数据了。开始了慢启动的过程。
快速恢复
TCP为保证数据达到有两种重传算法，超时重传和快速重传。超时重传是等待RTT时间没收到ack，则重传；快速重传是接收端配合，接收端每收到一个tcp segment，返回的都是收到的连续序列的下一个序号，发送端收到3次同样的序号就进行重传。
快速恢复通常和快速重传一起使用，如果接收端还能收到重复的ACK，说明收发两端还有数据流动。所以没必要反映那么强烈，不需要把cwnd降为1，可以缓和点减少流量，不进入慢启动。这是快速恢复的思想。
1) 当收到第 3 个重复的 ACK时（认为拥塞发生），将 ssthresh设置为当前拥塞窗口 cwnd的一半。重传丢失的报文段。设置cwnd为ssthresh加上3倍的报文段大小。
2) 每次收到另一个重复的 ACK时， cwnd增加 1个报文段大小并发送 1 个分组（如果新的cwnd允许发送）。
3) 当下一个确认新数据的ACK到达时，设置 cwnd为ssthresh（在第1步中设置的值）。这个ACK应该是在进行重传后的一个往返时间内对步骤 1 中重传的确认。另外，这个ACK也应该是对丢失的分组和收到的第 1 个重复的 ACK之间的所有中间报文段的确认。这一步采用的是拥塞避免，因为当分组丢失时我们将当前的速率减半。
总结下，收到重复的ack时，窗口和阈值减半，进入拥塞避免，试探性的重发丢失的报文段，直到无窗口可用或者拥塞消除。

注：网络实际传输受slidingwnd和cwnd控制，TCP能传输的最大数据 = MIN(slidingwnd, cwnd)
参考TCP的那些事儿（下）http://coolshell.cn/articles/11609.html