TCP / IP学习笔记（11）-TCP交互数据流，成块数据流

叁歲伎倆 2022-04-22 10:24 137阅读 0赞

## **TCP / IP学习笔记（11）-TCP交互数据流，成块数据流** ##

目前建立在TCP协议上的网络协议特别多，有TELNET，SSH，FTP有，有HTTP等等这些协议又可以根据数据吞吐量来大致分成两大类：

（1）交互数据类型，例如远程登录，SSH，这种类型的协议在大多数情况下只是做小流量的数据交换，比如说按一下键盘，回显一些文字等等。

（2）数据成块类型，例如FTP，这种类型的协议要求TCP能尽量的运载数据，把数据的吞吐量做到最大，并尽可能的提高效率。针对这两种情况，TCP给出了两种不同的策略来进行数据传输。

**TCP的交互数据流**

对于交互性要求比较高的应用，TCP给出两个策略来提高发送效率和减低网络负担：（1）捎带ACK（2）的的内格尔算法（一次尽量多的发数据）通常，在网络速度很快的情况下，比如用lo接口进行telnet通信，当按下字母键并要求回显的时候，客户端和服务器将经历发送按键数据 - >服务器发送按键数据的确认 - >服务器端发送回显数据 - >客户端发送回显数据的ACK的过程，而其中的数据流量将是40bit + 41bit + 41bit + 40bit = 162bit，如果在广域网里面，这种小分组的TCP流量将会造成很大的网络负担。

**捎带的ACK的发送方式**

这个策略是说，当主机收到远程主机的TCP数据报之后，通常不马上发送ACK数据报，而是等上一个短暂的时间，如果这段时间里面主机还有发送到远程主机的TCP数据报，那么就把这个ACK数据报“捎带”着发送出去，把本来两个TCP数据报整合成一个发送。一般的，这个时间是200毫秒。可以明显地看到这个策略可以把TCP数据报的利用率提高很多。

**内格尔算法**

上过BBS的人应该都会有感受，就是在网络慢的时候发贴，有时键入一串字符串以后，经过一段时间，客户端“发疯”一样突然回显出很多内容，就好像数据一下子传过来了一样，这就是纳格算法的作用。

内格尔算法是说，当主机甲给主机乙发送了一个TCP数据报并进入等待主机乙的ACK数据报的状态时，TCP的输出缓冲区里面只能有一个TCP数据报，并且，这个数据报不断地收集后来的数据，整合成一个大的数据报，等到乙主机的ACK包一到，就把这些数据“一股脑”的发送出去。虽然这样的描述有些不准确，但还算形象和易于理解，我们同样可以体会到这个策略对于低减网络负担的好处。

在编写插口程序的时候，可以通过TCP\_NODELAY来关闭这个算法。并且，使用这个算法看情况的，比如基于TCP的X窗口协议，如果处理鼠标事件时还是用这个算法，那么“延迟”可就非常大了。

**TCP的成块数据流**

对于FTP这样对于数据吞吐量有较高要求的要求，将总是希望每次尽量多的发送数据到对方主机，就算是有点“延迟”也无所谓.TCP也提供了一整套的策略来支持这样的需求.TCP协议中有16个位表示“窗口”的大小，这是这些策略的核心。

**传输数据时的ACK的问题**

在解释滑动窗口前，需要看看ACK的应答策略，一般来说，发送端发送一个TCP数据报，那么接收端就应该发送一个ACK数据报。但是事实上却不是这样，发送端将会连续发送数据尽量填满接受方的缓冲区，而接受方对这些数据只要发送一个ACK报文来回应就可以了，这就是ACK的累积特性，这个特性大大减少了发送端和接收端的负担。

**滑动窗口**

滑动窗口本质上是描述接受方的TCP数据报缓冲区大小的数据，发送方根据这个数据来计算自己最多能发送多长的数据。如果发送方收到接受方的窗口大小为0的TCP数据报，那么发送方将停止发送数据，等到接受方发送窗口大小不为0的数据报的到来。

关于滑动窗口协议，介绍三个术语，分别是：

1.窗口合拢：当窗口从左边向右边靠近的时候，这种现象发生在数据被发送和确认的时候。

2.窗口张开：当窗口的右边沿向右边移动的时候，这种现象发生在接受端处理了数据以后。

3.窗口收缩：当窗口的右边沿向左边移动的时候，这种现象不常发生。

TCP就是用这个窗口，慢慢的从数据的左边移动到右边，把处于窗口范围内的数据发送出去（但不用发送所有，只是处于窗口内的数据可以发送。）。这就是窗口的意义窗口。的大小是可以通过插座来制定的，4096并不是最理想的窗口大小，而16384则可以使吞吐量大大的增加。

**数据拥塞**

上面的策略用于局域网内传输还可以，但是用在广域网中就可能会出现问题，最大的问题就是当传输时出现了瓶颈（比如说一定要经过一个滑动低速链路）所产生的大量数据堵塞问题（拥塞），为了解决这个问题，TCP发送方需要确认连接双方的线路的数据最大吞吐量是多少。这，就是所谓的拥塞窗口。

拥塞窗口的原理很简单，TCP发送方首先发送一个数据报，然后等待对方的回应，得到回应后就把这个窗口的大小加倍，然后连续发送两个数据报，等到对方回应以后，再把这个窗口加倍（先是2的指数倍，到一定程度后就变成线性增长，这就是所谓的慢启动），发送更多的数据报，直到出现超时错误，这样，发送端就了解到了通信双方的线路承载能力，也就确定了拥塞窗口的大小，发送方就用这个拥塞窗口的大小发送数据。要观察这个现象是非常容易的，我们一般在下载数据的时候，速度都是慢慢“冲起来的” 。

以上就是TCP数据传输的大致流程，虽然并不细致，但是足以描述TCP的工作原理，重点是TCP的流量控制原理，滑动窗口，拥塞窗口，ACK累计确认等知识点。