TCP流量控制原理

TCP采用个各种办法来减少流量的传输量以及信道的利用率。

延时确认-减少传输数量

TCP允许延迟一会再发送ACK，这样可以将ACK和相同方向的数据结合起来进行发送，从而降低ACK的数量，在一定程度上减轻网络负载。

图中通过延迟ACK减少了一个ACK的传输数量

也叫稍带确认（piggybacking）。一般处理请求并产生应答的时间小于200ms时发生。如果耗时比较长，一般是先确认后应答（发数据）

滑动窗口

滑动窗口的工作原理在之前已经做了详细的介绍，在滑动窗口中有一个很重要的概念：窗口大小。问题来了，TCP是如何设置窗口大小的呢？在介绍之前先看一下TCP的缓存结构。

 

对于TCP来说接收和发送方都维护着一个缓存。看上图会发现个问题：如果写进程写的速度大于读进程的读取速度，这样会导致接收缓存溢出，最终导致发送失败。所以引入了窗口大小的概念，接收方通过ACK来实时告知发送方自己剩余缓存的大小（即自己还能接收多少数据），这个大小就是滑动窗口的大小，在传输的过程中，每一次ack接收方会根据自己的缓存大小动态的调整窗口的大小，下图详细展示了这一过程。

0窗口（Zero Window）

上面滑动窗口的展示中最终发送窗口变成了0.

当发送方收到窗口为0的参数后，便不再发送数据给接收方，这个时候接收方进程一直在读取数据，最终接收方的TCP缓存会清空，有空间接收数据，这个时候接收方会通过一个ack通知发送方窗口的大小，但是这个ack有可能会丢失（ack没有重传功能），发送方因为窗口时0，一直没有发送数据，所以无法得知最新的窗口大小，通信双方都进入了一直等待状态。

为了解决这个问题，TCP为每一个链接设计了一个持续计数器（persistence timer），当窗口大小为0时，就会启动这个计数器，当计数器到期后会发送一个零窗口（zero window）探测报文段（一个字节），接收方通过确认这个探测报文时可以告知发送方最新的窗口大小。（TCP规定，就算窗口为0，也要接收零窗口探测报文）。下图展示了这种case。

糊涂窗口综合征（Silly Window Syndrome-SWS）

通俗来解释这个场景就是一架可以坐500人的飞机只拉1个乘客和5个机组人员，资源极大的浪费。

以太网最大传输单元（MTU：max transmission unit）为1500字节，TCP+IP的头部字段为40字节，所以TCP的最大报文（MSS：Max segment size）长度为1460字节。当传递的报文的大小远远小于1460。尤其小于头部40的时候，就出现了上面说的一个大飞机拉一个人的情况，其中MTU为飞机的容量（500），机组乘员为TCP/IP头部（5），传输报文为乘客（1）。

发送端引起的SWS

发送窗口的size大于MSS，但是需要发送的数据远远小于MSS，这种情况的解决采用nagle算法：

  if there is new data to send #有数据要发送
        # 发送窗口缓冲区和队列数据 >=mss，队列数据（available data）为原有的队列数据加上新到来的数据
        # 也就是说缓冲区数据超过mss大小，nagle算法尽可能发送足够大的数据包
        if the window size >= MSS and available data is >= MSS 
            send complete MSS segment now # 立即发送
        else
            if there is unconfirmed data still in the pipe # 前一次发送的包没有收到ack
                # 将该包数据放入队列中，直到收到一个ack再发送缓冲区数据
                enqueue data in the buffer until an acknowledge is received 
            else
                send data immediately # 立即发送
            end if
        end if
    end if　

else里面有小块数据（小于MSS）时候，解释下：这个时候需要看是否还有已经发送待确认的数据，如果有则等着先不发，等于先在发送端攒数据。某种程度上又变成了停等协议，如果ACK返回的比较慢，小数据等待的时间就会比较长，最终会影响性能。有些情况并不适用nagle算法，比如人机交互的游戏等，可以禁用nagle算法。

接收端引起的SWS

对于接收端来说，如果接收缓存的窗口大小小于MSS或者某个给定的值后，直接ack 接收窗口的size为0。这样当发送方收到接收窗口为0时，则停止发送数据进行等待，在此期间，接收端的应用一直在读取数据，这样接收窗口会慢慢变大，最终通过发送方的0窗口探测请求告知发送方最新的窗口大小，从而再次开始数据传输。

以上介绍了TCP流量控制的一个整体过程，全文完。