TCP/IP详解学习笔记(11)-TCP交互数据流，成块数据流

目前创建在TCP协议上的网络协议特别多，有telnet，ssh，有ftp，有http等等。这些协议又能够根据数据吞吐量来大体分红两大类：(1)交互数据类型，例如telnet，ssh，这种类型的协议在大多数状况下只是作小流量的数据交换，好比说按一下键盘，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能尽可能的运载数据，把数据的吞吐量作到最大，并尽量的提升效率。针对这两种状况，TCP给出了两种不一样的策略来进行数据传输。

1.TCP的交互数据流

对于交互性要求比较高的应用，TCP给出两个策略来提升发送效率和减低网络负担：（1）捎带ACK。(2)Nagle算法（一次尽可能多的发数据）。一般，在网络速度很快的状况下，好比用lo接口进行telnet通讯，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ack -> 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，若是在广域网里面，这种小分组的TCP流量将会形成很大的网络负担。

1.1.捎带ACK的发送方式

这个策略是说，当主机收到远程主机的TCP数据报以后，一般不立刻发送ACK数据报，而是等上一个短暂的时间，若是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，把原本两个TCP数据报整合成一个发送。通常的，这个时间是200ms。能够明显地看到这个策略能够把TCP数据报的利用率提升不少。

1.2.Nagle算法

上过bbs的人应该都会有感觉，就是在网络慢的时候发贴，有时键入一串字符串之后，通过一段时间，客户端“发疯”同样忽然回显出不少内容，就好像数据一会儿传过来了同样，这就是Nagle算法的做用。

Nagle算法是说，当主机A给主机B发送了一个TCP数据报并进入等待主机B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，而且，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B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许确，但还算形象和易于理解，咱们一样能够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，能够经过TCP_NODELAY来关闭这个算法。而且，使用这个算法看状况的，好比基于TCP的X窗口协议，若是处理鼠标事件时仍是用这个算法，那么“延迟”可就很是大了。

2.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，将老是但愿每次尽可能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bit表示“窗口”的大小，这是这些策略的核心。

2.1.传输数据时ACK的问题

在解释滑动窗口前，须要看看ACK的应答策略，通常来讲，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。可是事实上却不是这样，发送端将会连续发送数据尽可能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报文来回应就能够了，这就是ACK的累积特性，这个特性大大减小了发送端和接收端的负担。

2.2.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本身最多能发送多长的数据。若是发送方收到接受方的窗口大小为0的TCP数据报，那么发送方将中止发送数据，等到接受方发送窗口大小不为0的数据报的到来。书中的P211和P212很好的解释了这一点。

关于滑动窗口协议，书上还介绍了三个术语，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之后。
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（但不用发送全部，只是处于窗口内的数据能够发送。）。这就是窗口的意义。图20-6解释了这一点。窗口的大小是能够经过socket来制定的，4096并非最理想的窗口大小，而16384则可使吞吐量大大的增长。

2.3.数据拥塞

上面的策略用于局域网内传输还能够，可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（好比说必定要通过一个slip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发送方须要确认链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，而后等待对方的回应，获得回应后就把这个窗口的大小加倍，而后连续发送两个数据报，等到对方回应之后，再把这个窗口加倍（先是2的指数倍，到必定程度后就变成现行增加，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讯双方的线路承载能力，也就肯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。要观察这个现象是很是容易的，咱们通常在下载数据的时候，速度都是慢慢“冲起来的”

以上就是TCP数据传输的大体流程，虽然并不细致，可是足以描述TCP的工做原理，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。