一文了解滑動窗口協議

一文了解滑動窗口協議


滑動窗口協議可以提高數據傳輸的效率和可靠性,同時充分利用網絡帶寬。它被廣泛應用於各種網絡通信中,如TCP協議就是基於滑動窗口協議實現的。

昨天我們簡單說了這個HTTP 和HTTPS 為什麼說簡單呢?因為就是基礎的HTTP 的協議的講解以及HTTPS 的安全性等,這就有讀者說,為什麼不說點進階的內容呢。

停止等待協議

我們在了解滑動窗口協議之前,我們要先來了解一下什麼是停止等待協議,停止等待協議又是怎麼工作的呢?

停止等待協議(stop-and-wait)是最簡單但也是最基礎的數據鏈路層協議。很多有關協議的基本概念都可以從這個協議中學習到。

停止等待就是每發送完一個分組就停止發送,等待對方的確認。在收到確認後再發送下一個分組。

簡而言之就是,發送方發送數據包後,如果沒有對方確認,那就一直等待,不再發送下一個數據包,而接受到確認之後,再繼續發送數據包。

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這也就導致了停止等待協議的缺點尤為的明顯,

  • 一次只能發送一個數據包效率低下。

這效率的低下都難以想像了,比如如果我們的帶寬是100M 而這個停止等待協議每次都只發送一個數據包,這平白的浪費了帶寬,別說現在有很多都是千兆以上的帶寬了。

因為這個效率問題,導致了停止等待協議並不是很適用,所以就有了其他的協議出現,也就是我們接下來所要說的滑動窗口協議。

滑動窗口協議

那麼什麼是滑動窗口協議呢?

滑動窗口協議(Sliding Window Protocol),屬於TCP協議的一種應用,用於網絡數據傳輸時的流量控制,以避免擁塞的發生。該協議允許發送方在停止並等待確認前發送多個數據分組。由於發送方不必每發一個分組就停下來等待確認。因此該協議可以加速數據的傳輸,提高網絡吞吐量。

在滑動協議中,發送方要維持一個發送窗口,隨著數據的傳輸,這個窗口就需要不斷的向前滑動,這也就與停止等待協議出現了不同,不同在那裡呢?

區別就是他允許發送方在停止並且等待確認前,可以發送多個數據包,而不再像停止等待協議一樣,每次發送就只是發送一個數據包了。這樣的話,發送方也就不需要每發一個數據包就需要停下等待了。這就是他們之間最本質的卻區別了。

這個時候就有讀者疑問了,這時候到底會發送多少數據包呢?

這個數據包的多少,那就得取決一個參數了,而這個參數則被我們稱之為窗口大小。

我們簡單模擬一下這個滑動窗口協議下,數據不丟包的情況。

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上圖中,窗口大小為4,我們的發送方有10個數據包要發送,也就是意味著,我們一次可以發送四個數據包,

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當發送發在發送第一個數據包的時候,這和個時候滑動窗口就已經開始運行了嗎?確實是的,在我們發送第一個數據包的時候,滑動窗口就開始運行了,也就是說我們在接受到確認之前,可以發送窗口大小為4的量的數據包。

在3號數據包發送完成之後,0-3號的對應的確認消息也反饋給了發送方。

同時窗口開始陸續的向左邊滑動,

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我們也可以從圖中看出,區分了已發送,正在發送和等待發送的部分。

而滑動窗口協議的原理則可以看如下:

滑動窗口協議的主要原理是通過使用序列號來標識每個數據包,並使用確認號來確認接收到的數據包。發送方維護一個發送窗口,其中包含已發送但未收到確認的數據包。接收方維護一個接收窗口,其中包含已接收但未按順序交付的數據包。

發送方在發送數據包時,將數據包的序列號添加到數據包中,並將其發送給接收方。接收方在接收到數據包後,將確認號添加到確認包中,並將其發送給發送方。發送方在收到確認包後,將發送窗口向前滑動,將已確認的數據包從發送窗口中移除,並繼續發送下一個數據包。

如果發送方在一定時間內沒有收到確認包,或者接收方在一定時間內沒有收到正確的數據包,滑動窗口協議會觸發超時重傳機制,重新發送未確認或未正確接收的數據包。

滑動窗口協議可以提高數據傳輸的效率和可靠性,同時充分利用網絡帶寬。它被廣泛應用於各種網絡通信中,如TCP協議就是基於滑動窗口協議實現的。

滑動窗口協議需要注意的點

(1)發送方不必發送一個全窗口大小的數據。(2)來自接收方的一個報文段確認數據並把窗口向左邊滑動,這是因為窗口的大小是相對於確認序號的。(3)窗口的大小可以減小,但是窗口的左邊沿卻不能夠向右移動。(4)接收方在發送一個ACK前不必等待窗口被填滿。

這個向右和向左,取決你理解圖時的窗口移動方向,我習慣了從從右往左,你也可以理解為從左往右,理解都是一樣的。

所以,你了解滑動窗口協議了麼?