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计算机网络传输层（tcp滑动窗口与流量控制、拥塞控制）
④ TCP的滑动窗口
TCP的滑动窗口是以字节为单位的，是缓存的一部分，用来暂时存放字节流。为了便于理解，我们只考虑A向B发送数据，B给出确认的场景。即A有发送窗口，B有接收窗口。当发送方收到接收方的确认后，根据确认报文段中窗口字段的值和其它信息设置自己的窗口大小。比如B发送的确认报文段窗口字段的值为20，确认序号为31，则A可以构造出自己的发送窗口。  对于发送窗口，发送窗口内的字节都允许被发送。如果发送窗口左侧的字节都已发送并收到确认，则窗口后沿可以向前移动，到达不是已发送并收到确认状态的字节处。对于接收窗口，接收窗口内的字节都允许被接收。如果接收窗口左侧的字节已发送确认并交付主机，则窗口后沿向前移动，到达不是以发送确认并交付主机的字节处。  接收窗口只会对窗口内最后一个按序到达的最高序号给出确认，例如接收窗口已经收到的字节为 {31, 34, 35}，其中 {31} 按序到达，而 {34, 35} 就不是，因此只对字节 31 给出确认。发送方得到一个字节的确认之后，就知道这个字节之前的所有字节都已经被接收。
⑤ TCP的流量控制
TCP 采用大小可变的滑动窗口进行流量控制，流量控制（flow control）是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。接收方发送的确认报文段中窗口字段可以用来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0，则发送方不能发送数据。
3. TCP的拥塞控制
① 拥塞与拥塞控制
计算机网络中的链路带宽、交换结点中的缓存和处理机等，都是网络的资源。如果网络中对某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能就会变坏。这种情况就是拥塞。
∑
资
源
的
需
求
>
可
用
资
源
\sum资源的需求>可用资源
∑资源的需求>可用资源拥塞控制和流量控制的区别：
拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或者链路不致过载。流量控制所要做的就是抑制发送端的发送速率，使得接收端来得及接收。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。流量控制往往指点对点的通信量控制，即接收端控制发送端，是端到端的问题。
拥塞控制所起的作用如下图所示。注意： 如果不进行拥塞控制，当网络的负载到达一定数值时，吞吐量将会下降为0，这就是所谓的死锁。 
② 如何进行拥塞控制？
TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。发送方需要维护一个叫做拥塞窗口（cwnd） 的状态变量，拥塞窗口与发送窗口的区别： 拥塞窗口只是一个状态变量，实际决定发送方能发送多少数据的是发送窗口。为了便于讨论，做如下假设：
接收方有足够大的接收缓存，因此不会发生流量控制；虽然 TCP 的窗口基于字节，但是这里设窗口的大小单位为报文段，即以报文段作为数据传输的单位。
③ 慢开始与拥塞避免
发送的最初，执行慢开始：令 cwnd = 1，发送方只能发送 1 个报文段；当收到确认后，将 cwnd 加倍。因此之后发送方能够发送的报文段数量为：2、4、8 ...，以指数
2
n
−
1
2^{n-1}
2n−1进行增长。这样的指数增长速度是非常快的，从而使得发送方发送速率增长速度过快，发生拥塞的可能性更高。于是，设置一个慢开始门限 ssthresh:
当
c
w
n
d
=
s
s
t
h
r
e
s
h
cwnd = ssthresh
cwnd=ssthresh 时，慢开始算法和拥塞避免算法都可以使用；当
c
w
n
d
>
s
s
t
h
r
e
s
h
cwnd > ssthresh
cwnd>ssthresh 时，停止使用慢开始算法，进入拥塞避免，每个轮次只将 cwnd 加 1。于是，发送方能够发送的报文段数量成了 16, 17, 18, 19 ...
如果出现了超时（即很可能出现网络拥塞），则令
s
s
t
h
r
e
s
h
=
c
w
n
d
/
2
ssthresh = cwnd / 2
ssthresh=cwnd/2，然后重新执行慢开始。进入拥塞避免时，cwnd的值+1被称为加法增大；发生超时时，将ssthreash的值减半，叫乘法减小。这两种算法合称为AIMD（即加法增大乘法减小）。 
③ 快重传与快恢复
快重传的几个要求：
接收方每次收到报文段后，要对已接收到的有序报文段的最高序号进行确认。例如，已经接收到 M1 和 M2，此时收到 M4，应当发送对 M2 的确认。发送方如果连续收到三个重复的确认，就可以知道下一个序号的报文段丢失。发送方立即重传丢失的报文段，而不必等待为丢失报文段设置的重传计时器到期。例如收到三个 M2，则 M3 丢失，立即重传 M3。这种方式叫做快重传，采用快重传可以使整个网络的吞吐量提高约20%。 
在这种情况下，发送方认为网络很可能没有发生拥塞，因此执行快恢复：令
s
s
t
h
r
e
s
h
=
c
w
n
d
/
2
ssthresh = cwnd / 2
ssthresh=cwnd/2 ，
c
w
n
d
=
s
s
t
h
r
e
s
h
cwnd = ssthresh
cwnd=ssthresh，然后开始执行拥塞避免算法（加法增大），使拥塞窗口缓慢的线性增大。
为什么叫慢开始、快恢复？ 慢开始和快恢复的快慢指的是 cwnd 的设定值，而不是 cwnd 的增长速率。慢开始 c w n d = 1 cwnd = 1 cwnd=1，而快恢复 c w n d = s s t h r e s h cwnd=ssthresh cwnd=ssthresh。 4. 常见面试问题1. TCP和UDP的区别？ 2. TCP的三次握手？为什么不是两次或者四次，而是三次？ 3. TCP的四次挥手？什么时候发生TIME-WAIT，为什么要进行TIME-WAIT？ 4. TCP的五层（四层模型）？OSI的7七层模型？ 5. 给出IP地址，判断它是哪一类地址？子网掩码是多少？ 6. TCP如何实现可靠传输的？ TCP通过三次握手建立连接，四次挥手断开连接TCP 使用超时重传来实现可靠传输：如果一个已经发送的报文段在超时时间内没有收到确认，那么就重传这个报文段。TCP的滑动窗口、流量控制、拥塞控制7. TCP的拥塞控制？ 8. UDP发生用户数据报丢失，如何处理？ 添加seq/ack机制，确保数据端到端添加超时重传机制，重传时最好报文分片，降低重传大报文对性能的影响可以加大接收缓冲区，降低发送方的发送频率 |
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