TCP協議作為一個可靠的面向流的傳輸協議，其可靠性和流量控制由滑動窗口協議保證，而擁塞控制則由控制窗口結合一系列的控制算法實現。

一、滑動窗口協議

關于這部分自己不曉得怎么敘述才好，因為理解的部分更多，下面就用自己的理解來介紹下TCP的精髓：滑動窗口協議。

所謂滑動窗口協議，自己理解有兩點：1. “窗口”對應的是一段可以被發送者發送的字節序列，其連續的范圍稱之為“窗口”；2. “滑動”則是指這段“允許發送的范圍”是可以隨著發送的過程而變化的，方式就是按順序“滑動”。在引入一個例子來說這個協議之前，我覺得很有必要先了解以下前提：

-1. TCP協議的兩端分別為發送者A和接收者B，由于是全雙工協議，因此A和B應該分別維護著一個獨立的發送緩沖區和接收緩沖區，由于對等性（A發B收和B發A收），我們以A發送B接收的情況作為例子；

-2. 發送窗口是發送緩存中的一部分，是可以被TCP協議發送的那部分，其實應用層需要發送的所有數據都被放進了發送者的發送緩沖區；

-3. 發送窗口中相關的有四個概念：已發送并收到確認的數據（不再發送窗口和發送緩沖區之內）、已發送但未收到確認的數據（位于發送窗口之中）、允許發送但尚未發送的數據以及發送窗口外發送緩沖區內暫時不允許發送的數據；

-4. 每次成功發送數據之后，發送窗口就會在發送緩沖區中按順序移動，將新的數據包含到窗口中準備發送；

TCP建立連接的初始，B會告訴A自己的接收窗口大小，比如為‘20’：

字節31-50為發送窗口

A發送11個字節后，發送窗口位置不變，B接收到了亂序的數據分組：

只有當A成功發送了數據，即發送的數據得到了B的確認之后，才會移動滑動窗口離開已發送的數據；同時B則確認連續的數據分組，對于亂序的分組則先接收下來，避免網絡重復傳遞：

二、流量控制

流量控制方面主要有兩個要點需要掌握。一是TCP利用滑動窗口實現流量控制的機制；二是如何考慮流量控制中的傳輸效率。

1. 流量控制

所謂流量控制，主要是接收方傳遞信息給發送方，使其不要發送數據太快，是一種端到端的控制。主要的方式就是返回的ACK中會包含自己的接收窗口的大小，并且利用大小來控制發送方的數據發送：

這里面涉及到一種情況，如果B已經告訴A自己的緩沖區已滿，于是A停止發送數據；等待一段時間后，B的緩沖區出現了富余，于是給A發送報文告訴A我的rwnd大小為400，但是這個報文不幸丟失了，于是就出現A等待B的通知||B等待A發送數據的死鎖狀態。為了處理這種問題，TCP引入了持續計時器（Persistence timer），當A收到對方的零窗口通知時，就啟用該計時器，時間到則發送一個1字節的探測報文，對方會在此時回應自身的接收窗口大小，如果結果仍未0，則重設持續計時器，繼續等待。

2. 傳遞效率

一個顯而易見的問題是：單個發送字節單個確認，和窗口有一個空余即通知發送方發送一個字節，無疑增加了網絡中的許多不必要的報文（請想想為了一個字節數據而添加的40字節頭部吧！），所以我們的原則是盡可能一次多發送幾個字節，或者窗口空余較多的時候通知發送方一次發送多個字節。對于前者我們廣泛使用Nagle算法，即：

*1. 若發送應用進程要把發送的數據逐個字節地送到TCP的發送緩存，則發送方就把第一個數據字節先發送出去，把后面的字節先緩存起來；

*2. 當發送方收到第一個字節的確認后（也得到了網絡情況和對方的接收窗口大小），再把緩沖區的剩余字節組成合適大小的報文發送出去；

*3. 當到達的數據已達到發送窗口大小的一半或以達到報文段的最大長度時，就立即發送一個報文段；

對于后者我們往往的做法是讓接收方等待一段時間，或者接收方獲得足夠的空間容納一個報文段或者等到接受緩存有一半空閑的時候，再通知發送方發送數據。

三、擁塞控制

網絡中的鏈路容量和交換結點中的緩存和處理機都有著工作的極限，當網絡的需求超過它們的工作極限時，就出現了擁塞。擁塞控制就是防止過多的數據注入到網絡中，這樣可以使網絡中的路由器或鏈路不致過載。常用的方法就是：

1. 慢開始、擁塞控制

2. 快重傳、快恢復

一切的基礎還是慢開始，這種方法的思路是這樣的：

-1. 發送方維持一個叫做“擁塞窗口”的變量，該變量和接收端口共同決定了發送者的發送窗口；

-2. 當主機開始發送數據時，避免一下子將大量字節注入到網絡，造成或者增加擁塞，選擇發送一個1字節的試探報文；

-3. 當收到第一個字節的數據的確認后，就發送2個字節的報文；

-4. 若再次收到2個字節的確認，則發送4個字節，依次遞增2的指數級；

-5. 最后會達到一個提前預設的“慢開始門限”，比如24，即一次發送了24個分組，此時遵循下面的條件判定：

*1. cwnd 《 ssthresh， 繼續使用慢開始算法；

*2. cwnd 》 ssthresh，停止使用慢開始算法，改用擁塞避免算法；

*3. cwnd = ssthresh，既可以使用慢開始算法，也可以使用擁塞避免算法；

-6. 所謂擁塞避免算法就是：每經過一個往返時間RTT就把發送方的擁塞窗口+1，即讓擁塞窗口緩慢地增大，按照線性規律增長；

-7. 當出現網絡擁塞，比如丟包時，將慢開始門限設為原先的一半，然后將cwnd設為1，執行慢開始算法（較低的起點，指數級增長）；

上述方法的目的是在擁塞發生時循序減少主機發送到網絡中的分組數，使得發生擁塞的路由器有足夠的時間把隊列中積壓的分組處理完畢。慢開始和擁塞控制算法常常作為一個整體使用，而快重傳和快恢復則是為了減少因為擁塞導致的數據包丟失帶來的重傳時間，從而避免傳遞無用的數據到網絡。快重傳的機制是：

-1. 接收方建立這樣的機制，如果一個包丟失，則對后續的包繼續發送針對該包的重傳請求；

-2. 一旦發送方接收到三個一樣的確認，就知道該包之后出現了錯誤，立刻重傳該包；

-3. 此時發送方開始執行“快恢復”算法：

*1. 慢開始門限減半；

*2. cwnd設為慢開始門限減半后的數值；

*3. 執行擁塞避免算法（高起點，線性增長）；