tcp交互数据和块数据处理

前言

目前建立在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telnet,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)Nagle算法(一次尽量多的发数据)

捎带ACK的发送方式

    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200ms。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。

Nagle算法

    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,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B主机的ACK包一到,就把这些数据“一股脑”的发送出去。这样可以较少交互,减轻压力。

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bit表示“窗口”的大小,这是策略的核心。
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传输数据时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,还有三个术语,分别是:

  • 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。
  • 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。
  • 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。
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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所产生的大量数据拥塞问题,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行增长,这就是所谓的TCP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。
平时在下载电影的时候,仔细观察应该不难发现,速度先从几十K到100K,然后到200K,再到400K,后面慢慢变的稳定,这个速度就是拥塞窗口的大小。

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